ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΣΕ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΑ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΚΑΟΛΙΝΗ TRIAXIAL TESTS ON ANISOTROPICALLY CONSOLIDATED KAOLIN

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗΣ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΣΕ ΑΝΙΣΟΤΡΟΠΑ ΣΤΕΡΕΟΠΟΙΗΜΕΝΟ ΚΑΟΛΙΝΗ TRIAXIAL TESTS ON ANISOTROPICALLY CONSOLIDATED KAOLIN ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΚΟΥΡΕΛΗΣ ΙΩΑΝΝΗΣ ΕΠΙΒΛΕΨΗ: Β.Ν. ΓΕΩΡΓΙΑΝΝΟΥ, ΑΝΑΠΛ. ΚΑΘΗΓΗΤΡΙΑ ΕΜΠ ΑΘΗΝΑ, ΝΟΕΜΒΡΙΟΣ 2016

2

3 Ευχαριστίες Με την ολοκλήρωση της Διπλωματικής μου Εργασίας θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την επιβλέπουσα κα.β.ν. Γεωργιάννου, αναπληρώτρια καθηγήτρια της σχολής Πολιτικών Μηχανικών Ε.Μ.Π., για την ευκαιρία που μου έδωσε να ασχοληθώ με ένα τόσο ενδιαφέρον θέμα, για τον χρόνο που διέθεσε και για την ουσιαστική της καθοδήγηση καθ όλη τη διάρκεια εκπόνησης της εργασίας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω ακόμα τον κ. Στυλιανό Τσεντίδη, τεχνικό του εργαστηρίου εδαφομηχανικής, για την απαραίτητη βοήθεια του στη διεξαγωγή των πειραμάτων, καθώς και τον υποψήφιο διδάκτωρα Στυλιανό Χαβιάρα για την άριστη συνεργασία που είχαμε. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον υποψήφιο διδάκτωρα Παναγιώτη Τριαντάφυλλο για τις χρήσιμες συμβουλές του.

4 Περίληψη Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία διερευνάται η μηχανική συμπεριφορά του αργιλικού υλικού καολινίνη. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές συμπιεσομέτρου και τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες σε αναζυμωμένα, ανισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια καολινίτη. Η ανισότροπη στερεοποίηση έγινε είτε με έλεγχο των τάσεων είτε με έλεγχο των ακτινικών παραμορφώσεων. Αρχικά παρουσιάζεται μία βιβλιογραφική αναφορά στη συμπεριφορά των αργιλικών υλικών και εκτενέστερα στη συμπεριφορά του καολινίτη σε παλαιότερες μελέτες. Στη συνέχεια περιγράφονται οι δοκιμές κατάταξης, με τις οποίες προσδιορίζονται τα όρια Atterberg, το ειδικό βάρος κόκκων και η κοκκομετρία του υλικού. Ο καολινίτης της παρούσας μελέτης έχει σημαντικά μειωμένο όριο υδαρότητας και δείκτη πλασιμότητας σε σχέση με αυτά που αναφέρονται στη βιβλιογραφία. Αφού γίνει η περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας που ακολουθήθηκε, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών συμπιεσομέτρου. Παρατίθενται η καμπύλη στερεοποίησης και η κανονικοποίησή της με τη χρήση του δείκτη κενών και προσδιορίζονται οι εγγενείς σταθερές συμπιεστότητας του υλικού e * 100, C * c και C * s. Η σύγκριση της κανονικοποιημένης καμπύλης συμπίεσης με την προβλεπόμενη από τη βιβλιογραφία καμπύλη Burland, η οποία περιγράφει την συμπεριφορά πολλών φυσικών αργίλων, δείχνει διαφοροποίηση της καμπύλης συμπίεσης του καολινίτη. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των τριαξονικών δοκιμών θλίψης και εφελκυσμού για διάφορες τάσεις στερεοποίησης, αφού πρώτα γίνει περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας και της λειτουργίας της συσκευής. Γίνεται εκτενής ανάλυση των αποτελεσμάτων, ως προς τις διαδρομές τάσεων, την μεταβολή της αποκλίνουσας τάσης και της πίεσης του νερού των πόρων με την παραμόρφωση. Επίσης, εξετάζεται μία μέθεδος ανισότροπης στερεοποίησης και προσδιορισμού του συντελεστή ουδετέρων ωθήσεων Κο με τον έλεγχο της ακτινικής παραμόρφωσης του δοκιμίου μέσω μετρητή επί του δοκιμίου. Από το σύνολο των δοκιμών προκύπτει η ευθεία κρίσιμης κατάστασης και οι εγγενείς παράμετροι διατμητικής αντοχής φ * cs, M *, λ *, φ * e και κ * του υλικού.

5 Abstract In this Diploma Thesis the mechanical behaviour of kaolin clay is investigated. Tests are carried out in the oedometer and the triaxial apparatus. A detailed literature review is presented regarding the behaviour of clays and particularly the mechanical behaviour of kaolin. First, the physical characteristics of the kaolin are determined such as the specific weight, the Atterberg limits and the grading curve. The results indicate lower liquid limit and plasticity values compared to those reported in the literature. Second, slurry samples are placed in the oedometer at various initial water contents and the intrinsic compression curve of the material is determined. The curve is normalized with the use of the Void Index, Iv, and is compared with Burland s Intrinsic Compression Line which describes a large number of natural clays. The normalized intrinsic compression line of the kaolin differs from Burland s ICL in several important respects: it is concave downwards and diverges from the ICL at low and high stress levels. Finally, triaxial compression and extension tests were carried out on reconstituted, one-dimensionally consolidated specimens of kaolin, under undrained conditions. Two methods of one-dimensional consolidation were used, one based on stress control and another based on radial control through an on sample placed radial belt. Detailed analysis of the results shows that for the majority of tests, the undrained stress-strain and pore pressure-strain curves show flat peaks which are indicative of well-defined critical states at failure. Based on these results, the intrinsic strength characteristics of the soil (φ * cs, M *, λ *, φ * e and κ * ) are determined.

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 1 Εισαγωγικά Στοιχεία Εισαγωγή Διάρθρωση Διπλωματικής Εργασίας Βιβλιογραφική επισκόπηση Μηχανικές ιδιότητες αργιλικών εδαφών Γενικά στοιχεία για το αργιλικό ορυκτό καολίνη Αναζυμωμένα υλικά Θεωρία κρίσιμης κατάστασης Επιφάνεια Roscoe-Rendulic Επιφάνεια Hvorslev Κριτήριο αστοχίας εδάφους Mohr-Coulomb Τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη Τριαξονική δοκιμή σε καολινίτη από Burland (1990) Τριαξονικές δοκιμές σε κανονικά στερεοποιημένο καολινίτη από M.Sinnappoo et al. (1966) Τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη από Roscoe και Thurairajah (1964) Τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη από Jian Hu et al. (2007) Τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες σε δοκίμια καολίνη από τους Wroth και Loudon (1967) Τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες σε δοκίμια καολίνη από τον Stipho (1978) Τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες σε δοκίμια καολίνη από τους Yu-Hsing Wang et al. (2011) Αστράγγιστη τριαξονική δοκιμή θλίψης σε καολινίτη από τους Robinson et al. (2010) Τριαξονικές δοκιμές θλίψης και εφελκυσμού σε δοκίμια καολίνη από τους Atkinson et al. (1987) Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού Προσδιορισμός της φυσικής υγρασίας του δοκιμίου Προσδιορισμός ειδικού βάρους κόκκων Gs Προσδιορισμός ορίων Atterberg του εδαφικού υλικού Κατάταξη του εδαφικού υλικού στον χάρτη πλαστιμότητας Casagrande Κοκκομετρική διαβάθμιση με αραιόμετρο [1]

7 4 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Αρχές λειτουργίας του συμπιεσομέτρου Πειραματική διαδικασία οκιμές συμμόρφωσης για τα συμπιεσόμετρα Matest S260 και WF Αποτελέσματα δοκιμών συμπιεσόμετρου Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Λειτουργία της τριαξονικής συσκευής Υλικό δοκιμών Πειραματική διαδικασία Προετοιμασία δοκιμίου και συσκευής Κορεσμός του Δοκιμίου Στερεοποίηση Αξονική Φόρτιση και Θραύση του Δοκιμίου Παρουσίαση των αποτελεσμάτων των τριαξονικών δοκιμών Ενδεικτική δοκιμή τριαξονικής θλίψης υπό αστράγγιστες συνθήκες Ενδεικτική δοκιμή τριαξονικού εφελκυσμού υπό αστράγγιστες συνθήκες Επαναληψιμότητα των δοκιμών τριαξονικής θλίψης Επίδραση του συντελεστή Κ=σ 3/σ 1 κατά τη στερεοποίηση, στις δοκιμές τριαξονικής θλίψης Συμπεριφορά πυκνότερων δοκιμίων κατά την τριαξονική θλίψη υπό αστράγγιστες συνθήκες Προσδιορισμός γωνίας κρίσιμης κατάστασης φ cr για τριαξονική θλίψη και εφελκυσμό Προσδιορισμός τέμνοντος μέτρου εδαφικής δυστμησίας ( Secant Young s Modulus) Συμπεράσματα Παράρτημα Ευρετήριο εικόνων Ευρετήριο πινάνων Ευρετήριο σχημάτων Βιβλιογραφία [2]

8 Εισαγωγικά Στοιχεία 1 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ 1.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η πλειοψηφία των υπαρχόντων δεδομένων για κανονικά στερεοποιημένα ή ελαφρώς υπερστερεοποιημένα αναζυμωμένα και αναμοχλευμένα εδαφικά υλικά προέρχεται από τριαξονικές δοκιμές σε ισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια. Γενικά η ισότροπη στερεοποιήση πριν την διάτμηση ακόμα και των φυσικών υλικών προτιμάται της ανισότροπης λόγω ευκολίας. Τα περισσότερα μαθηματικά εδαφικά μοντέλα, είτε είναι απλά ελαστικά, καθαρά πλαστικά ή πιο γενικά ελαστοπλαστικά μοντέλα (π.χ. Cam clay ή modified Cam clay) είναι ισότροπα και προβλέπουν τις ίδιες αντοχές, συμμετρικές ευθείες αστοχίας και ίδια μεταβολή τάσεων - παραμορφώσεων για δοκιμές τριαξονικής συμπίεσης και εφελκυσμού. Στη φύση ωστόσο, τα εδάφη στερεοποιούνται και διογκώνονται κατά την μεταφορά τους και επανατοποθέτησή τους μονοδιάστατα με μηδενική οριζόντια παραμόρφωση. Υπό αυτές τις συνθήκες ο λόγος των οριζοντίων προς τις κατακόρυφες ενεργές τάσεις σ h/σ ν δίνεται από τον συντελεστή ουδετέρων ωθήσεων Κο. Η σχέση τάσεων - παραμορφώσεων και η αντοχή των εδαφών είναι γνωστό ότι εξαρτώνται από την ιστορία φορτίσεων των εδαφών και για αυτό αναμένουμε διαφορές ανάμεσα στα ισότροπα και τα ανισότροπα στερεοποιημένα δείγματα. Διάφορα μαθηματικά μοντέλα έχουν έχουν εκσυγχρονιστεί ώστε να περιλαμβάνουν την επίδραση της ανισότροπης προφόρτισης και τα περισσότερα από αυτά ανήκουν στη γενική κατηγορία των μοντέλων κρίσιμης κατάστασης. Δεδομένα από δοκιμές σε ισότροπα στερεοποιημένα αναζυμωμένα υλικά δείχνουν ότι οι ευθείες αστοχίας Mohr-Coulomb και οι κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων είναι σχεδόν συμμετρικές για εφελκυσμό και συμπίεση. Αντίθετα, τα αποτελέσματα δοκιμών σε μονοδιάστατα στερεοποιημένα αναζυμωμένα και φυσικά αδιατάρακτα δοκίμια δείχνουν τελείως διαφορετική συμπεριφορά. Κάποιοι ερευνητές (Graham, Henkel et al) εξέτασαν τη σχέση τάσεων παραμορφώσεων και την αντοχή μονοδιάστατα στερεοποιημένων αναζυμωμένων υλικών, ενώ άλλοι (Balasubramaniam et al) εξέτασαν αδιατάρακτα δείγματα μαλακών αργίλων. Τα αποτελέσματα αυτών των ερευνών δείχνουν ότι στα μονοδιαδιαστατα κανονικα στερεοποιημένα ή ελαφρά υπερστερεοποιημένα δείγματα, οι κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων, γνωστές και ως επιφάνεια Roscoe, δεν είναι συμμετρικές ως προς τον άξονα της μέσης ενεργού τάσης. Αυτή η συμπερισφορά έρχεται, για παράδειγμα, σε αντίθεση με το μοντέλο Cam clay. Τα συμπεράσματα όσον αφορά στην επίδραση της μονοδιάστατης στερεοποίησης στην διατμητική αντοχή των εδαφών είναι ανακριβή, καθώς πολλες από τις δοκιμές έγιναν με έλεγχο των τάσεων, μέθοδο δηλαδή που δεν δίνει ακριβή εικόνα της αστοχίας. [3]

9 Εισαγωγικά Στοιχεία 1.2 ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη της μηχανική συμπεριφοράς αναζυμωμένων δοκιμίων καολινίτη σε αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές συμπίεσης και εφελκυσμού. Όλες οι τριαξονικές δοκιμές έγιναν με έλεγχο των παραμορφώσεων για να έχουμε μια ξεκαθαρη εικόνα της συμπεριφοράς του υλικού κατά την αστοχία. Για να προσομοιώσουμε καλύτερα τις συνθήκες ανισοτροπίας του εδάφους και για να εστιάσουμε στην επίδραση της μονοδιάστατης στερεοποίησης, όλα τα δοκίμια στερεοποιήθηκαν ανισότροπα είτε με έλεγχο των αξονικών και πλευρικών τάσεων, είτε με έλεγχο των ακτινικών παραμορφώσεων. Αναλυτικότερα το περιεχόμενο της παρούσας διπλωματικής έχει χωριστεί στα παρακάτω κεφάλαια: Κεφάλαιο 1 Παρουσιάζεται συνοπτικα ο σκοπός, το περιεχόμενο της διπλωματικής και η διάρθρωσή της. Κεφάλαιο 2 Παρουσιάζονται συνοπτικα στοιχεία για τη φύση και τις μηχανικές ιδιότητες των αργιλικών υλικών και κυρίως του καολινίτη. Επίσης αναλύεται ο όρος των αναζυμωμένων υλικών καθώς με αυτά θα ασχοληθούμε καθ όλη τη διπλωματική. Δίνονται πληροφορίες για την κρίσιμη κατάσταση και τέλος παρουσιάζονται τα απότελέσματα παλαιότερων τριαξονικών δοκιμών σε καολινίτη. Κεφάλαιο 3 Γίνεται αναφορά στη μεθοδολογία των μετρήσεων για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών των εδαφών, όπως τα όρια Atterberg, το ειδικό βάρος στερεών κόκκων Gs και η κοκκομετρική διαβάθμιση και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των δοκιμών αυτών. Κεφάλαιο 4 Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφεται η μεθοδολογία των δοκιμών συμπιεσομέτρου και αναφέρεται όλη η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη διέξαγωγή των πειραμάτων. Επίσης παρουσιάζεται η επεξεργασία των αποτελεσμάτων και παρατίθενται οι εγγενείς καμπύλες στερεοποίησης και αποφόρτισης του αναζυμωμένου εδαφικού υλικού. Στη συνέχεια γίνεται κανονικοποίηση των κλάδων φόρτισης ως προς το δείκτη κενών Ιν και οι κανονικοποιημένες καμπύλες συγκρίνονται με την πρότυπη πειραματική του Burland. Μετά από τέσσερις επαναλήψεις της δοκιμής συμπιεσομέτρου υπολογίζονται οι εγγενείς σταθερές συμπιεστότητας. Κεφάλαιο 5 Στο κεφάλαιο αυτό περιγράφεται συνοπτικά η λειτουργία της αστράγγιστης τριαξονικής δοκιμής και η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την παρασκευή των δοκιμίων και τη διεξαγωγή των τριαξονικών δοκιμών. [4]

10 Εισαγωγικά Στοιχεία Περιγράφονται αναλυτικά τα σταδια του κορεσμου, της στερεοποίησης και της διάτμησης του δοκιμίου. Ακολουθήθηκαν δύο μέθοδοι στερεοποίησης, μία με έλεγχο των τάσεων και μία πολυπλοκότερη, με έλεγχο των ακτινικών παραμορφώσεων. Στη συνέχεια παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα διαγράμματα διαδρομών τάσεων, πίεσης πόρων και αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την παραμόρφωση. Εξετάζονται η επίδραση στη τριαξονική φόρτιση παραγόντων, όπως η πυκνότητα των δοκιμίων και ο συντελεστής Κο που χρησιμοποιήθηκε κατά την ανισότροπη στερεοποίηση. Τέλος από το σύνολο των δοκιμών προκύπτουν οι ευθείες κρίσιμης κατάστασης για συμπίεση και εφελκυσμό και οι εγγενείς παράμετροι διατμητικής αντοχής φ * cs, M *,λ *,φ * e και κ * του υλικού. Κεφάλαιο 6 Γίνεται ανασκόπηση των συμπερασμάτων της παρούσας διπλωματικής εργασίας. [5]

11 Βιβλιογραφική επισκόπηση 2 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΚΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ 2.1 ΜΗΧΑΝΙΚΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΑΡΓΙΛΙΚΩΝ ΕΔΑΦΩΝ Τα αργιλικά εδάφη παρουσιάζουν μια ιδιαιτέρως ενδιαφέρουσα συμπεριφορά, η οποία κυρίως οφείλεται στην φύση των αργιλικών ορυκτών και στην δομή του εδάφους. Ως δομή του εδάφους ορίζουμε την γεωμετρική οργάνωση των εδαφικών πλακιδίων μέσα στην εδαφική μάζα. Αυτή εξαρτάται από το σχήμα, το μέγεθος και τον προσανατολισμό των πλακιδίων. Με πιο απλά λόγια εάν το κάθε πλακίδιο ξεχωριστά βρίσκεται πολύ κοντά στα άλλα, ο δείκτης πόρων είναι μικρός και το συνολικό έδαφος πιο πυκνό και πιο δυνατό. Αντιθέτως εάν τα πλακίδια είναι διατεταγμένα έτσι ώστε τα κενά να είναι μεγαλύτερα, το έδαφος είναι πιο χαλαρό και πιο αδύναμο. Σημαντικότερο όμως ρόλο στις μηχανικές ιδιότητες των αργιλικών εδαφών διαδραματίζει η φύση και τα χαρακτηριστικά των ορυκτών. Εξ άλλου ο τύπος των ορυκτών αυτών καθορίζει τις σημαντικότερες ιδιότητες της αργίλου, προσδίδοντας της παράλληλα συνοχή και πλαστικότητα. Είναι γνωστό πως οι βαρυτικές δυνάμεις των εδαφικών κόκκων είναι ανάλογες της μάζας και κατ επέκταση του όγκου τους. Με άλλα λόγια όσο μεγαλύτερο είναι το μέγεθος των κόκκων, τόσο ισχυρότερες είναι οι δυνάμεις βαρύτητας. Από την άλλη πλευρά οι επιφανειακές δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των κόκκων εξαρτώνται από το μέγεθος της επιφάνειας και όχι του όγκου. Το εμβαδόν της επιφάνειας σχετίζεται με το μέγεθος του όγκου, όμως οι επιφανειακές δυνάμεις γίνονται πιο ισχυρές όταν το μέγεθος των κόκκων είναι μικρό, δηλαδή καθώς το μέγεθος των κόκκων μειώνεται η επίδραση των επιφανειακών δυνάμεων στους κόκκους αρχίζει να υπερισχύει της επιδράσεως των βαρυτικών. Έτσι απαραιτήτως ορίστηκε το μέγεθος της ειδικής επιφάνειας το οποίο δίνει το μέγεθος του εμβαδού της επιφάνειας ανά μονάδα όγκου (ή μάζας). Στα χονδρόκοκκα εδάφη οι τιμές της ειδικής επιφάνειας είναι μικρές, με αποτέλεσμα να μην εμφανίζουν πλαστικότητα και συνοχή. Αντιθέτως στα λεπτόκοκκα εδάφη και ιδιαιτέρως στα αργιλικά, που οι δομές των κόκκων των ορυκτών είναι πολύ πεπλατυσμένες και έχουν την μορφή πλακιδίων, συναντάμε πολύ μεγαλύτερες τιμές. Ένας κόκκος μεσόκοκκης άμμου έχει τιμή ειδικής επιφάνειας 2,3 m 2 /kg, ενώ η αντίστοιχη τιμή του αργιλικού ορυκτού καολίνη είναι m 2 /kg και του μοντμοριλλονίτη m 2 /kg. Όσο μεγαλύτερες τιμές παίρνει η ειδική επιφάνεια των κόκκων τόσο πιο ισχυρές είναι οι επιφανειακές δυνάμεις έναντι των βαρυτικών. Τα υλικά με αυτό το γνώρισμα ονομάζονται κολλώδη και τα αργιλικά εδάφη με κόκκους μικρότερου μεγέθους των 2 μικρών, είναι κυρίως κολλώδους φύσεως. Οι επιφανειακές αυτές δυνάμεις στις αργίλους είναι ηλεκτρικής φύσεως (έλξης και άπωσης) και η ένταση τους είναι αρκετές τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από τις [6]

12 Βιβλιογραφική επισκόπηση βαρυτικές δυνάμεις. Ειδικότερα η άνω και κάτω επιφάνειες φέρουν αρνητικά φορτία με την περιφέρεια να φέρει ίσα και αντίθετα θετικά. Αποτέλεσμα αυτών των δυνάμεων είναι η συνοχή που παρουσιάζουν τα αργιλικά εδάφη, τα οποία ονομάζονται και συνεκτικά. Επίσης όπως γνωρίζουμε τα αργιλικά όρυκτα αλληλεπιδρούν με τα μόρια νερού δημιουργώντας μια ζώνη προσροφημένου νερού γύρω από τα πλακίδια, γνωστή ως διπλή στρώση. Η πλαστικότητα που παρουσιάζουν τα αργιλικά εδάφη οφείλεται στην ασηνύθιστη μοριακή δομή του νερού, το οποίο αν και ηλεκτρικά ουδέτερο συμπεριφέρεται ως ηλεκτρικό δίπολο. Πειράματα που πραγματοποιήθηκαν σε αργίλους με χρήση ενός μη πολικού υγρού (αντί του νερού), όπως η κηροζίνη, απέδειξαν ότι η πλαστικότητα απουσιάζει παντελώς και τα αργιλικά εδάφη συμπεριφέρονταν σαν τα χονδρόκοκκα αμμώδη εδάφη. Όταν λοιπόν τα αργιλικά πλακίδια βρεθούν σε υδάτινο περιβάλλον η σύνδεση των αρνητικά φορτισμένων επιφανειών τους με τα μόρια νερού γίνεται με τρεις τρόπους. (α] προσανατολισμός των διπόλων τέτοιος ώστε ο θετικός πόλος τους να συνδέεται με τις αρνητικές επιφάνειες. (β] Μέσω ελεύθερων κατιόντων τα οποία συνδέονται με τις αρνητικές επιφάνειες και ακολούθως τα δίπολα του νερού συνδέονται σε αυτά μέσω του αρνητικού τους πόλου. (γ] Σύνδεση επιφάνειας και μορίων νερού μέσω δημιουργίας δεσμών υδρογόνου στα άτομα οξυγόνου των μορίων νερού και των αργιλικών πλακιδίων. Πιστεύεται επίσης ότι η διπλή στρώση αποτελείται αρχικά από μια πολύ λεπτη μεμβράνη νερού, που συνδεέται ισχυρότατα με την επιφάνεια των πλακιδίων πάχους περίπου 10 Α ο. Ακολούθει μια δεύτερη λιγότερο σταθερή στρώση μέχρι τα όρια των ελκτικών δυνάμεων, η οποία είναι γνωστή ως διάχυτη διπλή στρώση. Αυτή είναι πάχους περίπου 400 Α ο και μέσα στο εσωτερικό της το νερό ονομάζεται προσρωφημένο ή προσανατολισμένο, ενώ εκτός ορίων της τα μόρια νερού είναι ελεύθερα. Για ένα δεδομένο εδαφικό πλακίδιο, το πάχος της σταθερής στρώσης των κατιόντων εξαρτάται κυρίως από τη συγκέντρωση και το σθένος των κατιόντων. Τα μονοσθενή κατιόντα όπως το Na +, δημιουργούν μία πιο χοντρή στρώση σε σύγκριση με τα δισθενή, όπως το Ca 2+. Απαιτείται διπλάσιος αριθμός μονοσθενών κατιόντων από ότι δισθενών. Επίσης αυξάνοντας την συγκέντρωση των κατιόντων κοντά στην επιφάνεια των πλακιδίων, μειώνεται το πάχος της στιβαρής στρώσης κατιόντων που απαιτείται για να εξουδετερώσει το αρνητικό φορτίο των επιφανειών. Αυτή η αύξηση του σθένους ή της συγκέντρωσης των κατιόντων που αρχικώς οδηγεί στη μείωση του πάχους της στιβαρής στρώσης, εν συνεχεία προκαλεί μείωση των απωστικών δυνάμεων μεταξύ δύο πλακιδίων. Οι απωστικές δυνάμεις δημιουργούνται μεταξύ ιόντων ίδιων φορτίων που υπάρχουν στις διπλές στρώσεις των πλακιδίων, και όπως εξηγήθηκε εξαρτώνται κυρίως από τα χαρακτηριστικά των διπλών στρώσεων. Από την άλλη οι ελκτικές δυνάμεις Vander Waal μεταξύ των πλακιδίων δεν σχετίζονται με την λεπτή στρώση αλλά με την απόσταση μεταξύ των πλακιδίων. Συγκεκριμένα μειώνονται εκθετικά καθως η απόσταση μεγαλώνει. Συνεπάγεται λοιπόν ότι η συνολική καθαρή δύναμη ανάμεσα στα πλακίδια, προκύπτει από τα σχετικά μεγέθη των απωστικών και των ελκτικών δυνάμεων. Έτσι [7]

13 Βιβλιογραφική επισκόπηση στα αργιλικά εδάφη συναντώνται κυρίως δύο είδη σχηματικών διατάξεων των πλακιδίων, η ιξώδης και η διεσπαρμένη. Στην ιξώδη δομή αναπτύσεται σύνδεση των πλακιδίων μέσω των θετικά φορτισμένων άκρων τους και των αρνητικά φορτισμένων επιφανειών τους, και η καθαρή δύναμη που προκύπτει ανάμεσα στα πλακίδια είναι ελκτική. Η δομή αυτή διατηρείται ακόμα και αν η άργιλος βρεθεί σε υδάτινο περιβάλλον. Ο ιξώδης όμως χαρακτήρας της δομής ποικίλει, ανάλογα με τον τύπο των ορυκτών των πλακιδίων, το πλήθος τους αλλά και την αλατότητα του νερού. Οι άργιλοι που εμβαπτίζονται σε αλμυρό νερό έχουν πιο ιξώδη και συμπαγή δομή από αυτές σε γλυκό. Αυτό διότι το αλμυρό νερό με τα κατιόντα που έχει δρά σαν ηλεκτρολύτης, μειώνοντας τις απωστικές δυνάμεις ανάμεσα στα πλακίδια. Τα εδάφη με ιξώδη δομή είναι ελαφριά με υψηλό δείκτη πόρων και ποσοστό υγρασίας. Παρόλα αυτά είναι αρκετά δυνατά και μπορούν να αντισταθούν σε εξωτερικές δυνάμεις εξαιτίας των ισχυρών ελκτικών δεσμών των πλακιδίων τους. Επίσης είναι ανθεκτικά στις δονήσεις, και γενικότερα παρουσιάζουν χαμηλή συμπιεστότητα, υψηλή διαπερατότητα και διατμητική αντοχή. Η διασκορπισμένη δομή εμφανίζεται κυρίως στις αναμοχλευμένες αργίλους. Τα πλακίδια αναπτύσονται λιγότερο η περισσότερο σε μια περίπου παράλληλη στοίχιση. Δηλαδή ο προσανατολισμός άκρου επιφάνειας μεταπίπτει σε έναν επιφάνειας επιφάνειας. Στην φύση αυτή η δομή συναντάται όταν υπερτερουν οι απωστικές δυνάμεις των ελκτικών και η καθαρή δύναμη που προκύπτει ανάμεσα στα πλακίδια είναι απωστική. Τα εδάφη με διασκορπισμένη δομή παρουσιάζουν χαμηλή διατμητική αντοχή και διαπερατότητα αλλά και υψηλη συμπιεστότητα. Η αναμόχλευση προκαλεί απώλεια αντοχης στα συνεκτικά εδάφη,όμως με το πέρασμα του χρόνου το έδαφος ανακτά κάποια από την χαμένη του αντοχή. Αυτό διότι με την διατάραξη, η χημική ισορροπία μεταξύ των πλακιδίων, των εισροφημένων ιόντων, και των μορίων νερου της διπλής στρώσης, χάνεται αρχικά ενώ στη συνέχεια αρχίζει να επανέρχεται σε κάποιο βαθμό. Το παραπάνω φαινόμενο της ανάκτησης της αντοχής των αργιλικών εδαφών με την πάροδο του χρόνου, χωρίς να υπάρχει αλλάγη στο ποσοστό υγρασίας, είναι γνωστό ως θιξοτροπία και οι δεσμοί που δημιουργούνται ως θιξοτροπικοί δεσμοί. [8]

14 Βιβλιογραφική επισκόπηση 2.2 ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΑΡΓΙΛΙΚΟ ΟΡΥΚΤΟ ΚΑΟΛΙΝΗ Οι καολίνες είναι πετρώματα με χρώμα λευκό ή υπόλευκο, που αποτελούνται από ένυδρα αργιλοπυριτικά ορυκτά του γενικού τύπου Al2O3 2SiO2 2H2O. Δηλαδή, ο καολίνης δεν είναι ορυκτό αλλά ένα βιομηχανικό πέτρωμα, κύριο συστατικό του οποίου είναι αργιλικά ορυκτά της ομάδας του καολινίτη, όπως είναι ο καολινίτης, ο νακρίτης, ο δικίτης, ο ανωξίτης, ο αλουνίτης και ο αλλοφανής. Τα ορυκτά αυτά έχουν την ίδια, σχεδόν, χημική σύσταση αλλά διαφορετικές οπτικές ιδιότητες και διαφορετική εσωτερική δομή των κρυστάλλων τους, γεγονός που επιβεβαιώνεται από μελέτες με τη μέθοδο των ακτίνων-χ. Χαρακτηριστικό των καολίνων είναι το ορυκτό καολινίτης και τα υπόλοιπα ορυκτά της ομάδας του. Περιέχουν όμως και άλλα αργιλοπυριτικά ορυκτά, όπως ιλλίτη, αλουσίτη, χριστοβαλίτη, αστρίους κ.α. Οταν ο καολινίτης περιέχει Fe ή Mn, τότε ο καολίνης παίρνει μια ελαφρά κίτρινη ή φαιά απόχρωση. Η ονομασία του καολινίτη (ή china clay ή μαλακή λευκή άργιλος) έχει κινέζικη προέλευση από το K ao ling ("ψηλό βουνό"), το οποίο βρίσκεται στην επαρχία Jiangxi, στην Κίνα και όπου χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το υλικό αυτό γύρω στον 3ο αιώνα. Ο καολινίτης περιγράφηκε, αρχικά, ως ορυκτό είδος το 1867 σε μία εμφάνιση στη λεκάνη των ποταμών Jari της Βραζιλίας. Ο καολινίτης αποτελείται από εναλλαγές δομικών επιπέδων από οκτάεδρα αργιλίου και επιπέδων από τετράεδρα πυριτίου. Πρόκειται για ένα ένυδρο πυριτικό άλας του αργιλίου, του οποίου ο χημικός τύπος είναι Si4Al4O10(OH)8 και η θεωρητική του σύσταση είναι: SiO2=46,54 %, Al2O3=39,5 % και H2O=13,96 %. Υπάρχει σχετικά μικρή ιοντική υποκατάσταση στο πλέγμα του και είναι κυρίως αργιλίου-σιδήρου. Ο βαθμός κρυσταλλικότητάς του ποικίλει σημαντικά. Σχήμα Κρυσταλλικό πλέγμα του αργιλικού υλικού καολίνη [9]

15 Βιβλιογραφική επισκόπηση Οι γεωλογικές διαδικασίες κατά τις οποίες σχηματίζονται τα περισσότερα αργιλικά ορυκτά της ομάδας του καολινίτη είναι η αποσάθρωση και η υδροθερμική εξαλλοίωση από επίδραση θερμών διαλυμάτων, σε μαγματικά πετρώματα πλούσια σε αργίλιο και πυρίτιο (γρανίτες, γνεύσιοι, ηφαιστίτες), οπότε και επέρχεται εξαλλοίωση των καλιούχων αστρίων (καολινιτίωση). Στη φύση σπάνια συναντάμε καθαρό καολινίτη. Τα συνήθη, αυτά, πρωτογενή κοιτάσματα καολίνη περιέχουν καολινίτη σε ποσοστό %. Οι καολίνες απαντώνται σε διαφορετικού τύπου κοιτάσματα. Συχνά βρίσκονται με την μορφή φακών και ασυνεχών στρωμάτων μέσα σε ιζηματογενή πετρώματα (θαλάσσιων ή λιμναίων). Τα περισσότερα κοιτάσματα αυτού του τύπου είναι Κρητιδικής ηλικίας ή νεότερα. Το πάχος και η εξάπλωση τέτοιων κοιτασμάτων ποικίλλουν. Κοιτάσματα πάχους 30 m είναι συνηθισμένα σε ορισμένες περιοχές, ενώ είναι γνωστά κοιτάσματα καολίνη που εκτείνονται σε έκταση μεγαλύτερη των 2 km. Οι περισσότεροι καολίνες είναι μαλακοί και πλαστικοί όταν υπάρχει φυσική υγρασία ή όταν προστεθεί νερό στο ξηρό υλικό. Ο ξηρός καολίνης είναι συνήθως εύθρυπτος και μια συνηθισμένη διαγνωστική του ιδιότητα είναι η κολλητική του συμπεριφορά, όταν τον ακουμπήσουμε στην γλώσσα. Μερικοί τύποι καολίνη, οι οποίοι έχουν βρεθεί κάτω από μεγάλη λιθοστατική πίεση ή περιέχουν διοξείδιο του πυριτίου είναι συμπαγείς, σκληροί και συχνά αναφέρονται σαν flint καολίνες. Εκτεταμένα κοιτάσματα καολίνη απαντώνται σε διάφορες χώρες του κόσμου. Οι χώρες με τη μεγαλύτερη παραγωγή ανά ήπειρο είναι στη Βόρειο Αμερική: Η.Π.Α., Μεξικό, στη Νότιο Αμερική: Αργεντινή, Βραζιλία, Γουιάνα, Χιλή, Κολομβία, Βενεζουέλα, Περού, Παραγουάη, Ισημερινός, στην Ευρώπη: Πρώην Σοβιετική Ένωση, Τσεχία, Σλοβακία, Ιταλία, Ισπανία, Πολωνία, Γερμανία, Γαλλία, Βουλγαρία, Ρουμανία, Σουηδία, Πορτογαλία, Γιουγκοσλαβία, Βέλγιο, στην Αφρική: Δημοκρατία της Νότιας Αφρικής, Σουαζιλάνδη, στην Ασία: Σρι Λάνκα, Ινδία, Ινδονησία, Ιράν, Ιαπωνία, Κορέα, Κίνα, Μαλαισία, Φιλιππίνες, Τουρκία και στην Ωκεανία: Αυστραλία, Νέα Ζηλανδία. Στην Ελλάδα υπάρχουν αξιόλογα κοιτάσματα καολίνη στη Μήλο, κατάλληλα για χρήση στα τσιμέντα, τα κεραμικά και την πλήρωση χάρτου, ενώ εμφανίσεις μέτριας ποιότητας υλικού υπάρχουν στη Λέσβο, την Κίμωλο και τη Θήρα. Άλλα αξιόλογα κοιτάσματα υπάρχουν, επίσης, στη Δράμα, καθώς και σε άλλες περιοχές. Ωστόσο, οι εμφανίσεις αυτές δεν έχουν αξιολογηθεί πλήρως καθώς δεν έχουν ακόμη ερευνηθεί συστηματικά Τα κοιτάσματα καολίνη στη Μήλο είναι γενικά φτωχά και περιέχουν υψηλό ποσοστό πυριτίου, ένα μέρος του οποίου βρίσκεται σε κολλοειδή μορφή και επομένως είναι δύσκολο να απομακρυνθεί. Περιέχουν, επίσης, σχετικά υψηλά ποσοστά επιβλαβών προσμίξεων όπως σιδηροξείδια, αλουνίτη και θείο. Σημειώνεται ότι, στη Μήλο η κύρια εμφάνιση καολίνη απαντάται κοντά στην περιοχή Βάνι (Pflumio et al., 1991). Ο καολίνης στη Μήλο είναι προϊόν υδροθερμικής εξαλλοίωσης ηφαιστειακών πετρωμάτων, γεγονός που ερμηνεύει και τη σύγχρονη εμφάνιση οπαλίωσης στις ίδιες περιοχές. Οι εμφανίσεις με μορφή φλεβών, θυλάκων ή με ακανόνιστο σχήμα εκτείνονται σε βάθος μέσα στο μητρικό πέτρωμα. Λόγω της μορφής αυτής των κοιτασμάτων, η εκμετάλλευση τους γίνεται εκλεκτικά, με αποτέλεσμα να παραμένει ανεκμετάλλευτο μεγάλο μέρους υλικού κατώτερης ποιότητας, το οποίο δε θα είναι εκμεταλλεύσιμο σε μελλοντικό στάδιο επανάληψης των εργασιών. Έτσι, παρόλο που [10]

16 Βιβλιογραφική επισκόπηση οι εμφανίσεις καολίνη στη Μήλο είναι σημαντικές δεν έχει γίνει προσπάθεια για πλήρη αξιοποίηση των αποθεμάτων του, τόσο για την παραγωγή εξευγενισμένων προϊόντων υψηλής τιμής, όπως είναι για παράδειγμα ο εμπλουτισμένος καολίνης για επίχριση χαρτιού όσο και για την παραγωγή άλλων χαμηλότερης τιμής εμπορεύσιμων προϊόντων, όπως είναι τα πληρωτικά. Σχήμα Χρήσεις καολινών ανάλογα με την κοκκομετρική τους διασπορά Οι κυριότερες χρήσεις των καολίνων είναι στην βιομηχανία χαρτιού, τα κεραμικά και τη βιομηχανία ελαστικών. Το 70 % περίπου της παγκόσμιας παραγωγής καολίνη απορροφάται από τη χαρτοβιομηχανία για επικάλυψη και πλήρωση του χαρτιού, καθώς και για τον έλεγχο της διαπερατότητας του. Απαιτείται υψηλή ποιότητα υλικού που καθορίζεται από αυστηρές προδιαγραφές. Χρησιμοποιούνται, επίσης, σε μεγάλη κλίμακα, στη βιομηχανία κεραμικών. Ο καολινίτης αποτελεί το κύριο συστατικό για την παρασκευή της παγκόσμια γνωστής κινεζικής πορσελάνης. Η υψηλή θερμοκρασία τήξεως και το λευκό του χρώμα μετά από φρύξη είναι χαρακτηριστικά που τον καθιστούν ιδιαίτερα κατάλληλο για την παρασκευή της κοινής πορσελάνης και των πυρίμαχων υλικών. Επιπροσθέτως, σημαντικές ποσότητες καολίνη χρησιμοποιούνται και στην κατεργασία των ελαστικών, ώστε να βελτιωθεί η μηχανική αντοχή τους και η αντίσταση στη φθορά λόγω τριβής. Τέλος, ο καολίνης βρίσκει εφαρμογές και στην τσιμεντοβιομηχανία, για την παρασκευή λευκού τσιμέντου, καθώς και στη βιομηχανία χρωμάτων. Μικρές σχετικά ποσότητες χρησιμοποιούνται και σε άλλες εφαρμογές όπως: σε καλλυντικά, στη μελάνη, σε οργανικά πλαστικά, στην φαρμακευτική, σε υλικά χυτεύσεως, σε μουσα- μάδες, σε απορροφητικά υλικά, σαν βάση για εντομοκτόνα κ. ά. [11]

17 Βιβλιογραφική επισκόπηση 2.3 ΑΝΑΖΥΜΩΜΕΝΑ ΥΛΙΚΑ Σύμφωνα με τον Burland (1990) αναζυμωμένα υλικά είναι αυτά που έχουν αναμειχθεί με ποσότητα νερού ίση ή μεγαλύτερη από το όριο υδαρότητας wl. Στο παρακάτω Σχήμα φαίνονται οι καμπύλες μονοδιάστατης συμπίεσης για διάφορες αναζυμωμένες αργίλους που καλύπτουν διάφορες πλασιμότητες. Σχήμα Καμπύλες μονοδιάστατης συμπίεσης για διάφορες αναζυμωμένες αργίλους (Πηγή: Burland 1990) Για κάθε άργιλο στο Σχήμα δίνονται οι τιμές του ορίου υδαρότητας wl και του δείκτη πόρων el που αντιστοιχεί σε αυτό. Παρατηρούμε ότι παρόλο που οι άργιλοι Kleinbelt Ton και Argile Plastique έχουν σχεδόν ίδιο όριο υδαρότητας διαφέρουν στο el λόγω διαφορετικού ειδικού βάρους. Η άργιλος Argile Plastique έχει μικρότερο ειδικό βάρος από την Kleinbelt Ton άρα και μικρότερο δείκτη πόρων. Φαίνεται ότι ο δείκτης πόρων στο όριο υδαρότητας είναι πιο καθοριστικός παραγοντας από το όριο υδαρότητας. Για δεδομένη τιμή ενεργού τάσης ο δείκτης πόρων e αυξάνεται καθώς αυξάνεται το el. Παρατηρούμε επιπλέον ότι οι καμπύλες μονοδιαστατης συμπίεσης συγκλίνουν καθώς αυξάνεται η τάση. Τέλος φαίνεται ότι οι καμπύλες των διάφορων αργίλων είναι παρόμοιες σχηματικά, με μικρή καμπυλότητα με τα κοίλα προς τα άνω. Τα εδαφικά υλικά πέρα από τις επίκτητες ιδιότητες δηλαδή εκείνες που αποκτούνται με τη γεωλογική ιστορία του υλικού με βάση τα παραπάνω, έχουν κάποιες ιδιότητες που διατηρούν ανεξάρτητα της κατάστασης στην οποία βρίσκονται. Οι ιδιότητες αυτές ονομάζονται εγγενείς και χαρακτηρίζουν τα υλικά τα οποία έχουν χάσει τη δομή τους, όπως τα αναζυμωμένα υλικά. [12]

18 Βιβλιογραφική επισκόπηση Ο όρος εγγενείς χρησιμοποιείται για να περιγράψει τις ιδιότητες των αργίλων που έχουν αναζυμωθεί με ποσοτητα νερού μεταξύ wl και 1,5wL ( ιδανικά 1,25 wl ) και, χωρίς να ξηραθούν στον αέρα ή σε κλίβανο, στερεοποιούνται κατα προτίμηση υπο συνθήκες μονοδιάστατης συμπίεσης. Ιδανικά η χημική σύσταση του νερού θα πρέπει να είναι ίδια με αυτή του νερoύ στους πόρους της αργίλου στο φυσικό της περιβάλλον. Τα εγγενή χαρακτηριστικά μίας αργίλου είναι ανεξάρτητα από αυτά στο φυσικό της περιβάλλον. Οι καμπύλες μονοδιάστατης συμπίεσης στο Σχήμα αντιπροσωπεύουν τη συμπεριφορά αργίλων οι οποίες έχουν αναζυμωθεί με ποσοστά υγρασίας μεταξύ wl και 1,5wL. Στο Σχήμα φαίνεται η εγγενής καμπύλη μονοδιάστατης συμπίεσης για μία άργιλο. Οι ποσότητες e*100 και e*1000 είναι οι εγγενείς δείκτες πόρων που αντιστοιχούν σε τάσεις σν =100 kpa και σν =1000 kpa αντίστοιχα. Ο εγγενής δείκτης συμπιεστότητας Cc* ορίζεται ως e*100 - e*1000. Σύμφωνα με τον Terzaghi (1925) οι παράμετροι e*100 και Cc* αποτελούν τις εγγενείς σταθερές συμπιεστότητας. Ο αστερίσκος ( * ) αναφέρεται στις εγγενείς ιδιότητες, δηλαδή στις ιδιότητες του αναζυμωμένου υλικού, ενώ e *100 και e *1000 είναι οι δείκτες πόρων που αντιστοιχούν σε κατακόρυφη ενεργό τάση 100kPa και 1000kPa αντίστοιχα, από την καμπύλη συμπίεσης του αναζυμωμένου υλικού. Στο Σχήμα φαίνεται η επιρροή του αρχικού ποσοστού υγρασίας στην αρχική θέση της καμπύλης εγγενούς συμπιεστότητας της ίδιας αναζυμωμένης αργίλου, Baimahu clay, σύμφωνα με σειρά πειραμάτων που παρουσίασαν οι Hong et al. (2010). Για υψηλές ενεργές τάσεις οι καμπύλες φαίνεται να συνγλίνουν. Σχήμα Καμπύλες στερεοποίησης της αναζυμωμένης αργίλου Baimahu clay για διαφορετικά ποσοστά αρχικής υγρασίας (Πηγή: Hong el al 2010). Για να εξαλειφθεί η επιρροή που ασκούν τα διαφορετικά αρχικά ποσοστά υγρασίας, προτείνεται από τον Burland σαν δείκτης κανονικοποίησης ο δείκτης κενών Iv. Ο δείκτης κενών ορίζεται από τη σχέση: [13]

19 Βιβλιογραφική επισκόπηση Iν = e e* e* e* = e e C c * 100 * Οι καμπύλες στο Σχήμα μπορούν να κανονικοποιηθούν δίνοντας καθορισμένες τιμές στα e*100 και e*1000. Έτσι από την καμπύλη μονοδιάστατης συμπίεσης στο Σχήμα προκύπτει η κανονικοποιημένη καμπύλη, όπου ο δείκτης κενών Iν παίρνει τιμές στον κατακόρυφο άξονα. Από την παραπάνω σχέση φαίνεται ότι όταν e = e*100, Iν=0 και όταν e = e*1000 τότε Iν= -1. Ο δείκτης κενών Iν μπορεί να αποτελέσει μέτρο για το πόσο συμπαγές είναι ενα εδαφικό υλικό. Όταν Iν < 0 τότε μπορούμε να πούμε ότι το εδαφικό υλικό είναι συμπαγές ενώ όταν Iν > 0 τότε είναι χαλαρό. Ο δείκτης κενών Ιν θυμίζει το δείκτη υδαρότητας { =( w - wp ) / ( wl - wp )}. Προσδιορίζεται από δύο μετρήσιμες μηχανικές ιδιότητες του εδαφικού υλικού ( e*100, Cc ) με μία δοκιμή μονοδιάστατης συμπίεσης. Αντίθετα ο δείκτης υδαρότητας προκύπτει απο δύο εμπειρικές δοκιμές ( όριο υδαρότητας και όριο πλασιμότητας ) οι οποίες υποβάλλουν το εδαφικό υλικό σε πολύπλοκες φυσικές διεργασίες. Για τα υλικά που βρίσκονται πάνω από τη γραμμή Α του χάρτη πλασιμότητας του Casagrande, ο Burland προτείνει κάποιες σχέσεις που συνδέουν το e* 100 και το C*c με το e*l, δηλαδή το δείκτη πόρων που αντιστοιχεί στο όριο υδαρότητας (LL): e *100 = eL 0.089eL eL 3 C * c = 0.256eL 0.04 Σχήμα Η χρήση του δείκτη κενών Ι ν για την κανονικοποιηση της εγγενούς καμπύλης συμπιεστότητας (Πηγή: Burland, 1990) Τρεις από τις καμπύλες από το Σχήμα που καλύπτουν ενα μεγάλο εύρος ορίων υδαρότητας και πιέσεων έχουν επανασχεδιαστεί στο Σχήμα σε όρους δείκτη κενών Ιν και logσν. Φαίνεται οτι και οι τρεις καμπύλες συντρέχουν πάνω σε μία καμπύλη η οποία ονομάζεται εγγενής καμπύλη συμπίεσης (ICL). Οι συντεταγμένες της ICL δίνονται στο Σχήμα και μπορούν να αναπαρασταθούν σύμφωνα με τον Burland με ικανοποιητική ακρίβεια από τη σχέση: Ιν = 2,45 1,285x + 0,015x 3 [14]

20 Βιβλιογραφική επισκόπηση όπου x = logσν σε kpa. Σχήμα Η εξίσωση του Burland και αντίστοιχα πειραματικά δεδομένα (Πηγή: Burland, 1990) Η εγγενής καμπύλη συμπιεστότητας μπορεί να προσδιοριστεί μέσω εργαστηριακών δοκιμών μονοδιάστατης συμπίεσης για μία άργιλο ή μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την παραπάνω σχέση. Επιπλέον μπορούμε να μετατρέψουμε την ICL σε όρους δείκτη πόρων (e) και logσν χρησιμοποιώντας τη σχέση : e = Ιν C*v + e*100 Στα φυσικά υλικά που έχουν αποκτήσει δομή, είτε κατά την ιζηματογένεση, είτε λόγω της ιστορίας φόρτισης, είναι γνωστό ότι η καμπύλη συμπίεσης βρίσκεται συνήθως δεξιά από την καμπύλη εγγενούς συμπιεστότητας του αντίστοιχου αναζυμωμένου υλικού, όπως φαίνεται στο Σχήμα Επομένως, για δεδομένο δείκτη πόρων e, το φυσικό υλικό μπορεί να αναλάβει μεγαλύτερη κατακόρυφη τάση από το αντίστοιχο αναζυμωμένο. Αυτό είναι αναμενόμενο και οφείλεται στην ύπαρξη δεσμών και στη δομή του εδαφικού σκελετού στα φυσικά υλικά, πράγμα που απουσιάζει από τα αναζυμωμένα υλικά. Στο Σχήμα απεικονίζεται η ICL (εγγενής καμπύλη συμπιεστότητας) καθώς και τα αποτελέσματα από τη συμπίεση αδιατάρακτων αργίλων, τα οποία μπορούν να παρασταθούν σε μία ευθεία, την SCL (καμπύλη συμπίεσης φυσικών υλικών). Παρατηρείται ότι για συγκεκριμένες περιοχές τάσεων (π.χ. από 10kPa μέχρι 100kPa) η SCL και η ICL είναι σχεδόν παράλληλες. [15]

21 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Η εγγενής καμπύλη συμπίεσης (ICL) και η καμπύλη συμπίεσης απο ιζηματογένεση (SCL) (Πηγή: Burland, 1990) Σχήμα Κανονικοποιημένες καμπύλες μονοδιάστατης συμπίεσης που συντρέχουν πάνω στην εγγενή καμπύλη συμπίεσης (ICL) (Πηγή: Burland, 1990) [16]

22 Βιβλιογραφική επισκόπηση 2.4 ΘΕΩΡΙΑ ΚΡΙΣΙΜΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Στην περίπτωση της αστράγγιστης τριαξονικής συμπίεσης θεωρούμε τρία διαφορετικά δείγματα κανονικά στερεοποιημένης αργίλου τα οποία έχουν συμπιεστεί σε διαφορετική μέση ενεργό τάση. Την αύξουσα τάση ισότροπης συμπίεσης την συμβολίζουμε με p o και δίνουμε τιμές p o=α, 2α, 3α. Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε διαγράμματα αξονικής παραμόρφωσης εα αποκλίνουσας τάσης q (Σχήμα 2.4.1). Βλέπουμε ότι όσο μεγαλύτερη είναι η τάση ισότροπης στερεοποίησης p ο τόσο μεγαλύτερη είναι και η αποκλίνουσα τάση q κατά την αστοχία. Επίσης όλες οι καμπύλες έχουν παρόμοιο σχήμα ανεξάρτητα από την αρχική τάση συμπίεσης. Μπορούμε να κανονικοποιήσουμε τα διαγράμματα τάσης παραμόρφωσης των τριών εδαφικών δειγμάτων, διαιρώντας την αποκλίνουσα τάση q ως προς τη τάση ισότροπης συμπίεσης p ο και προκύπτει ότι οι τρεις κανονικοποιημένες καμπύλες ταυτίζονται με ικανοποιητική ακρίβεια (Σχήμα 2.4.1). Αντίστοιχα συμπεράσματα προκύπτουν και από στραγγιζόμενες δοκιμές. Σχήμα Διαγράμματα παραμόρφωσης-αποκλίνουσας τάσης σε δείγματα με διαφορετικές τάσεις συμπίεσης και αντίστοιχα κανονικοποιημένα διαγράμματα (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Προβάλλοντας τα αποτελέσματα των τριών δοκιμών στο επίπεδο των ενεργών τάσεων p - q και στο επίπεδο p - ν, τόσο κατά τις στραγγιζόμενες όσο και κατά τις αστράγγιστες δοκιμές, προκύπτουν τα διαγράμματα του Σχήματος [17]

23 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Διαδρομές τάσεων σε δοκιμές τριαξονικής συμπίεσης για στραγγιζόμενες και αστράγγιστες δοκιμές συμπίεσης (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Στο επίπεδο των ενεργών τάσεων p - q, τα σημεία περιγραφής της αρχικής εντατικής κατάστασης των εδαφικών στοιχείων (Α1, Α2, Α3) βρίσκονται στον άξονα της μέσης ενεργού τάσης p. Κατά τις στραγγιζόμενες δοκιμές, οι διαδρομές των τάσεων και των τριών δειγμάτων είναι παράλληλες ευθείες υπό κλίση 3:1, όπως αναμενόταν άλλωστε. Κατά τις αστράγγιστες δοκιμές, οι διαδρομές των τάσεων και των τριών δειγμάτων είναι παράλληλες καμπύλες με μειούμενη μέση ενεργό τάση p και αυξανόμενη αποκλίνουσα τάση q, όπως επίσης αναμενόταν. Τα σημεία αστοχίας των τριών δειγμάτων (Β1, Β2, Β3) κείτονται επί μιας κοινής ευθείας η οποία περνάει από την αρχή των αξόνων. Η γραμμή αυτή ονομάζεται γραμμή κρίσιμης κατάστασης (Critical State Line) και αποτελεί μία περιβάλλουσα αστοχίας του εδαφικού δοκιμίου. Στο επίπεδο συμπίεσης p - ν, τα σημεία της αρχικής κατάστασης των τριών εδαφικών δοκιμίων (Α1, Α2, Α3) βρίσκονται επί της καμπύλης ισότροπης συμπίεσης. Κατά τις στραγγιζόμενες δοκιμές, αυξάνοντας τη μέση ενεργό τάση p ο ειδικός όγκος ν μειώνεται μέχρι την αστοχία του δείγματος. Κατά τις αστράγγιστες δοκιμές, μειώνοντας την p, καθώς αυξάνεται η αξονική παραμόρφωση εα, ο ειδικός όγκος ν των δειγμάτων παραμένει σταθερός μέχρι την αστοχία. Τα σημεία αστοχίας (Β1, Β2, Β3) ορίζουν μία καμπύλη παράλληλη με την καμπύλη ισότροπης συμπίεσης. Η γραμμή αυτή είναι η γραμμή κρίσιμης κατάστασης στο επίπεδο συμπίεσης. Στην τριαξονική δοκιμή, ανάλογα με τον τύπο της (εμποδιζόμενη ή ελεύθερη στράγγιση), ακολουθούνται διαφορετικές διαδρομές ενεργών τάσεων, όμως όλες καταλήγουν στην γραμμή κρίσιμης κατάστασης (CSL). Ως αστοχία, ορίζουμε την κατάσταση κατά την οποία το εδαφικό υλικό παρουσιάζει μεγάλες διατμητικές παραμορφώσεις υπό σταθερές τάσεις και όγκο. [18]

24 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τα παρακάτω Σχήματα και παρουσιάζουν την μορφή της γραμμής κρίσιμης κατάστασης, CSL, βάσει μεγάλου αριθμού πειραματικών δεδομένων σε κανονικά στερεοποιημένη άργιλο Weald clay. Σχήμα Ευθεία κρίσιμης κατάστασης στο επίπεδο q-p όπως προκύπτει από δοκιμές τριαξονικής συμπίεσης (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Σχήμα Ευθεία κρίσιμης κατάστασης στο επίπεδο ν-lnp όπως προκύπτει από δοκιμές τριαξονικής συμπίεσης (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Οι εξισώσεις που περιγράφουν τη CSL στα επίπεδα q-p και ν-lnp είναι αντίσοιχα: q = M * p και v = Γ λ * lnp όπου Μ είναι η κλίση της γραμμής και αποτελεί μία σταθερά τριβής του υλικού, Γ η τιμή του ειδικού όγκου ν, που αντιστοιχεί σε μέση ενεργό τάση p = 1.0 kn/m 2 επί της [19]

25 Βιβλιογραφική επισκόπηση γραμμής κρίσιμης κατάστασης και προσδιορίζει τη θέση της γραμμής της κρίσιμης κατάστασης, και λ η κλίση της ευθείας κρίμης κατάστασης στο επίπεδο ν-lnp. Οι παράμετροι αυτοί Μ, Γ,λ θεωρούνται σταθερές του εδάφους και προσδιορίζονται πειραματικά. H CSL είναι παράλληλη με την NCL και βρίσκεται αριστερά αυτής. Τα παραπάνω Σχήματα και αποτελούν τις προβολές της καμπύλης κρίσιμης κατάστασης στα επίπεδα (q-p ) και (v-p ) αντίστοιχα. Στα παρακάτω Σχήματα και 2.4.6, φαίνεται η καμπύλη κρίσιμης κατάστασης στον τρισδιάστατο χώρο (q-p -v) καθώς και η διαδρομή τάσεων που ακολουθείται κατα μία αστράγγιστη και μία στραγγιζόμενη τριαξονική δοκιμή. Σχήμα Καμπύλη κρίσιμης κατάστασης στον τρισδιάστατο (q-p -v) χώρο (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Ένα δοκίμιο συμπιέζεται ισότροπα στο σημείο Α και μετά υφίσταται αστράγγιστη τριαξονική συμπίεση μέχρι να αστοχήσει στο σημείο Β, πάνω στη γραμμή κρίσιμης κατάστασης. Αυτή η διαδρομή τάσεων προβάλλεται στο p - q ως Α1Β1. Φαίνεται ότι λόγω αστράγγιστων συνθηκών ο όγκος δεν μεταβάλλεται και έτσι ο δείκτης πόρων και ο ειδικός όγκος παραμένει σταθερός (επίπεδο ACDE). [20]

26 Βιβλιογραφική επισκόπηση (a) (b) Σχήμα Διαδρομή τάσεων σε αστράγγιστη(a) και στραγγιζόμενη(b) τριαξονική δοκιμή (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Στην παραπάνω Σχήμα 2.4.6(b), φαίνεται η διαδρομή τάσεων σε δοκιμή υπό στραγγιζόμενες συνθήκες. Η διαδρομή των τάσεων σε μια στραγγιζόμενη τριαξονική συμπίεση είναι μια ευθεία γραμμή με κλίση 3:1 στο επίπεδο p - q. Το δείγμα συμπιέζεται (ή διογκώνεται) και γι` αυτό o ειδικός όγκος αλλάζει. Η αρχική κατάσταση του δείγματος πάνω στη γραμμή κανονικής στερεοποίησης περιγράφεται από το σημείο Α και καταλήγει στο σημείο Β όπου και αστοχεί. Η προβολή στο p - q είναι η διαδρομή Α1Β1. Το ακριβές σχήμα εξαρτάται από την σχέση μεταξύ της ογκομετρικής αλλαγής και την αύξηση της q, ωστόσο η διαδρομή των τάσεων ΑΒ παραμένει πάντα επί του στραγγιζόμενου επιπέδου ACB1A1. Συμπεραίνουμε λοιπόν ότι η γνώση της θέσης της γραμμής κρίσιμης κατάστασης, για ένα εδαφικό στοιχείο, μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε με ακρίβεια τις τάσεις και τον ειδικό όγκο κατά την αστοχία κανονικά στερεοποιημένων δειγμάτων για μια πλειάδα διαδρομών τάσεων Επιφάνεια Roscoe-Rendulic Προηγουμένως είδαμε ότι κάθε εντατική διαδρομή ενός κανονικά στερεοποιημένου εδαφικού στοιχείου, κινείται επί ενός επιπέδου φόρτισης (αστράγγιστο ή στραγγιζόμενο επίπεδο) από την καμπύλη ισότροπης συμπίεσης έως τη γραμμή της κρίσιμης κατάστασης. Για να προσδιορίσουμε κατά πόσο οι δύο αυτές επιφάνειες ταυτίζονται, πρέπει να προσδιοριστεί εάν δύο όμοια εδαφικά στοιχεία τα οποία υποβάλλονται σε μία στραγγιζόμενη και μια αστράγγιστη δοκιμή τριαξονικής συμπίεσης αντίστοιχα, έχουν το ίδιο ειδικό όγκο ν όταν σε αυτά ασκούνται οι ίδιες ενεργές τάσεις. [21]

27 Βιβλιογραφική επισκόπηση (α) (b) Σχήμα (a) Διαδρομές τάσεων στο επίπεδο q -p για αστράγγιστη και στραγγιζόμενη δοκιμή (b) επιφάνειες ειδικού όγκου (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Οι αστράγγιστες και οι στραγγιζόμενες δοκιμές ορίζουν μια τρισδιάστατη επιφάνεια, η οποία ονομάζεται επιφάνεια Roscoe και συνδέει την γραμμή κανονικής στερεοποίησης με την γραμμή κρίσιμης κατάστασης. Η επιφάνεια αυτή είναι μοναδική και είναι ίδια για τις στραγγιζόμενες και τις αστράγγιστες δοκιμές. Αυτό συμπεραίνεται από το γεγονός ότι η στραγγιζόμενη διαδρομή ABC έχει το ίδιο ειδικό όγκο στο σημείο Β με την αστράγγιστη διαδρομή DBE. (a) (b) Σχήμα (a) Τέσσερα αστράγγιστα επίπεδα και (b) δύο στραγγιζόμενα επίπεδα στο τριασδιάστατο χώρο p -q -v (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Οι αστράγγιστες δοκιμές βοηθάνε στον ορισμό της επιφάνειας, καθώς για κάθε αστράγγιστη δοκιμή υπάρχει και ένα επίπεδο με σταθερό ν που τέμνει την γραμμή κρίσιμης κατάστασης. Οι στραγγιζόμενες δοκιμές ακολουθούν διαδρομές τάσεων που τέμνουν κάθετα τις αστράγγιστες διαδρομές. [22]

28 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Αστράγγιστες και στραγγιζόμενες δοκιμές επί της επιφάνειας Roscoe (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Η μεταβολή του ειδικού όγκου ν κατά τη στραγγιζόμενη δοκιμή δεν μας επιτρέπει μια απευθείας σύγκριση της διαδρομής των τάσεων στα δύο είδη δοκιμών. Για να λύσουμε το πρόβλημα αυτό μπορούμε να κανονικοποιήσουμε τις καμπύλες ως προς την ισοδύναμη μέση πίεση p e ή τάση Hvorslev. Η p e είναι η αντίστοιχη τιμή μέσης ενεργού τάσης p στην καμπύλη συμπίεσης NCL για τον εκάστοτε λόγο κενών (specific volume) v που είχε στη συγκεκριμένη κατάσταση το δοκίμιο (Σχήμα ). [23]

29 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Προσδιορισμός ισοδύναμης μέσης πίεσης p e μέσω της καμπύλης στερεοποίησης (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Η γραμμή κρίσιμης κατάστασης CSL του προηγούμενου Σχήματος μετά την κανονικοποίηση φαίνεται ως το σημείο Β3 στο Σχήμα Η επιφάνεια Roscoe αποτελεί τη συγκέντρωση των καμπυλών όλων των κανονικοποιημένων διαδρομών τάσεων μιας κανονικά στερεοποιημένης αναζυμωμένης αργίλου, είτε σε στραγγιζόμενες είτε σε αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές, οι οποίες καταλήγουν στο σημείο κρίσιμης κατάστασης (Σχήμα ). Η επιφάνεια Roscoe αποτελεί όριο, καθώς ελαφρά υπερστερεοποιημένες άργιλοι κινούνται κοντά και αριστερά, ποτέ όμως δεξιά αυτής, καταλήγοντας επίσης στο σημείο κρίσιμης κατάστασης όπως φαίνεται στο Σχήμα Σχήμα Η καμπύλη Roscoe και το σημείο κρίσιμης κατάστασης στο κανονικοποιημένο επίπεδο q/p e-p /p e (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) [24]

30 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων για ελαφρά υπερστερεοποιημένες αργίλους (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) Επιφάνεια Hvorslev Η επιφάνεια Hvorslev είναι μια περιβάλλουσα αστοχίας που σχηματίζεται από τα υπερστερεοποιημένα δοκίμια για μεγαλύτερους δείκτες OCR. Οι διαδρομές τάσεων των υπερστερεοποιημένων δοκιμίων την τέμνουν, συνεχίζουν μέχρι τη μέγιστη διατμητική αντοχή (peak), και μετά την αστοχία επιστρέφουν και συμπίπτουν με αυτή. Σχήμα Κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων υπερστερεοποιημένων δοκιμίων καολίνη σε αστραγγιστες δοκιμές ( Πηγή: Loudon 1967). [25]

31 Βιβλιογραφική επισκόπηση Η περιβάλλουσα αστοχίας του Hvorslev περιγράφεται από την εξίσωση: t/ s e = κ* + (s / s e) tanφ*e Η κατάσταση των αναζυμωμένων αργιλικών υλικών είναι δυνατόν να περιγράφεται μόνο από διαδρομές τάσεων που βρίσκονται στο εσωτερικό της επιφάνειας του Σχήματος , με τις επιφάνειες Roscoe και Hvorslev να αποτελούν αυστηρό σύνορο. Σχήμα Ολοκληρωμένη κανονικοποιημένη περιβάλλουσα πιθανών εδαφικών καταστάσεων (Πηγή: Atkinson, Brandsby, 1977) [26]

32 Βιβλιογραφική επισκόπηση 2.5 ΚΡΙΤΗΡΙΟ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΕΔΑΦΟΥΣ MOHR-COULOMB Το κριτήριο του Mohr- Coulomb ορίζει την αστοχία επί μιας επιφάνειας θραύσης εντός του εδάφους, όπου το έδαφος αστοχεί όταν η διατμητική τάση τ, σε οποιοδήποτε επίπεδο στο έδαφος, φτάσει την κρίσιμη τιμή: τ = ± (c +σ tanφ ) (1) όπου σ η ενεργός τάση που δρα στο έδαφος, c η συνοχή του εδάφους, αν αυτό έχει, και φ η γωνία τριβής του εδάφους. Η εξίσωση αυτή ορίζει ένα ζευγάρι ευθειών στο επίπεδο των τάσεων σ -τ. Αν ο κύκλος των ενεργών τάσεων του Mohr τμήσει αυτές τις ευθείες τότε το έδαφος θα αστοχήσει και η διατμητική τάση τ ξεπερνάει το άθροισμα c +σ tanφ. Σχήμα Κριτήριο ασχτοχίας Mohr-Coulomb στο επίπεδο t-s (Πηγή:Wood 1990) Η αστοχία κατά Mohr-Coulomb ορίζεται επίσης και με τις κύριες τάσεις: σ 1, σ 3 ' 1 c'cot ' 1 sin ' ' c'cot ' 1 sin ' 3 (2) Η αστοχία Mohr-Coulomb αφορά συνθήκες αστοχίας σε ένα επίπεδο για αυτό η ενδιάμεση τάση σ 2 δεν παίζει σημαντικό ρόλο. Στην τριαξονική κυλινδρική συμπίεση η ομοιόμορφη τάση που ασκείται ισούται με την ελάχιστη κύρια τάση σ 3 και άρα ισχύει η συνθήκη σ 2= σ 3. Για τη μέση ενεργό τάση p και την αποκλίνουσα τάση q ισχύει ότι : p ' ' 2 ' (3) και q=σ 1-σ 3 (4) Με βάση τα παραπάνω η σχέση του κριτηρίου Mohr-Coulomb γίνεται: q 6sin ' p' c'cot ' 3 sin ' (5) [27]

33 Βιβλιογραφική επισκόπηση Στην τριαξονική διόγκωση, όπου η ομοιόμορφη τάση που ασκείται ισούται με την μέγιστη κύρια τάση σ 1, ανταποκρίνεται η συνθήκη σ 1= σ 2. Τότε για τη μέση ενεργό p και την αποκλίνουσα τάση q ισχύει ότι: p ' 2 ' ' q ' ' και 1 3 Με βάση τα παραπάνω, η σχέση του κριτηρίου Mohr-Coulomb γίνεται: q 6sin ' p' c'cot ' 3 sin ' (6) Σχήμα Κριτήριο ασχτοχίας Mohr-Coulomb στο επίπεδο q-p (Πηγή:Wood 1990) Η γραμμή της κρίσιμης κατάστασης που ορίζει τις κρίσιμες καταστάσεις περιγράφεται στο χώρο p -q από την εξίσωση: q n M (7) p' Από τις σχέσεις (5) και (7) θέτοντας c =0 στην τριαξονική θλίψη ισχύει: M 6sin ' (8) ή 3 sin ' 3 sin ' (9) 6 Αντίστοιχα, από τις σχέσεις (6) και (7), για c =0 στον τριαξονικό εφελκυσμό προκύπτει: M 6sin ' (10) ή 3 sin ' 3 sin ' (11) 6 [28]

34 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Σχέση μεταξύ του λόγου των τάσεων ν=q/p και της γωνίας τριβής φ κατά την τριαξονική θλίψη και εφελκυσμό (Πηγή:Wood 1990) Παρατηρούμε πως αν γνωρίζουμε τη γωνία τριβής, και αν το έδαφος έχει φτάσει στην κρίσιμη κατάσταση (c=0), τόσο στην περίπτωση της τριαξονικής θλίψης όσο και του τριαξονικού εφελκυσμού, τότε δεν είναι δυνατό η τιμή του Μ να είναι η ίδια και στις δύο περιπτώσεις. Στην περίπτωση της τριαξονικής θλίψης το Μ δίνεται από τη σχέση: ' (12) 25 Και στην περίπτωση του τριαξονικού εφελκυσμού από τη σχέση: ' (13) 35 [29]

35 Βιβλιογραφική επισκόπηση 2.6 ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΣΕ ΚΑΟΛΙΝΙΤΗ Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται βιβλιογραφική αναφορά σε παλαιότερες τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη, προκειμένου να υπάρξει ένα μέτρο σύγκρισης για τα αποτελέσματα των δοκιμών της παρούσας διπλωματικής Τριαξονική δοκιμή σε καολινίτη από Burland (1990) Ο Burland σε δοκιμές που πραγματοποίησε σε ανισότροπα στερεοποιημένο καολινίτη παρατήρησε τη δημιουργία επιφανειών αστοχίας ακόμα και στα κανονικά στερεοποιημένα δοκίμια. Στο Σχήμα φαίνεται η διαδρομή των ενεργών τάσεων για αστράγγιστη τριαξονική δοκιμή σε ανισότροπα στερεοποιημένο καολινίτη. Το δοκίμιο πριν υποστεί τη δοκιμή διάτμησης παρέμεινε υπό καθεστώς ερπυσμού για τέσσερις βδομάδες. Ο ερπυσμός (aging) στο τέλος της στερεοποίησης μπορεί να αυξήσει τη μέγιστη διατμητική αντοχή του δοκιμίου. Η μέγιστη διατμητική αντοχή καταγράφεται αρκετά νωρίτερα από την αστοχία του δοκιμίου. Έπειτα παρατηρείται παραμόρφωση του δοκιμίου και μικρη μείωση στην διατμητική αντοχή, και τελικά το δοκίμιο αστοχεί μόλις η διαδρομή τάσεων φτάσει στην γραμμή κρίσιμης κατάστασης, οπότε και παρατηρείται απότομη μείωση της αντοχής. Η γωνία τριβής διαμορφώνεται από τη συγκεκριμένη δοκιμή στις 19,8 ο. Σχήμα Διαδρομή τάσεων στο επίπεδο t-s σε αστράγγιστη τριαξονική δοκιμή καολινίτη (Πηγή: Burland, 1990) Στο Σχήμα φαίνεται η μεταβολή της αποκλίνουσας δύναμης και πίεσης του νερού των πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση. Οι συμπαγείς κουκίδες στο διάγραμμα απεικονίζουν τις ολικές παραμορφώσεις ενώ οι κενές κουκίδες τις τοπικές. Για παραμόρφωση περίπου 7% παρατηρείται μεγάλη απόκλιση στις 2 παραμορφώσεις. Αυτό υποδηλώνει τον σχηματισμό επιφάνειας διατμητικής [30]

36 Βιβλιογραφική επισκόπηση αστοχίας κατα μήκος της οποίας κινούνται τα δύο τμήματα του δοκιμίου ως στερεά σώματα. Το Σχήμα απεικονίζει μία ανάλυση των τάσεων πριν και μετά την αστοχία. Ο λόγος τ/σn τη στιγμή της αστοχίας μειώνεται απότομα και σταθεροποιείται περίπου στην τιμή 0,27 μετά από σχετική μετατόπιση 5 mm. H παραμένουσα γωνία τριβής για τον καολινίτη σύμφωνα με τον Burland είναι 12,4 ο. Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων, κατακόρυφου φορτίου και αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση σε αστράγγιστη δοκιμή σε καολίνη (Πηγή: Burland, 1990) [31]

37 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τριαξονικές δοκιμές σε κανονικά στερεοποιημένο καολινίτη από M.Sinnappoo et al. (1966) Στα πλαίσια έρευνας του Sinnappoo πραγματοποιήθηκαν τριαξονικές δοκιμές σε δοκίμια καολινίτη με εμποδιζόμενη στράγγιση. Τα δοκίμια αυτα προηγουμένως στερεοποιήθηκαν στην τριαξονική δοκιμή σε διάφορες τάσεις κυψέλης. Σχήμα Γραμμή κρίσιμης κατάστασης σε όρους e και log(q) για αστράγγιστες και στραγγιζόμενες δοκιμές (Πηγή: M.Sinnappoo, 1966) Σχήμα Γραμμή κρίσιμης κατάστασης σε όρους e και log(p) για αστράγγιστες και στραγγιζόμενες δοκιμές (Πηγή: M.Sinnappoo, 1966) Στα παραπάνω Σχήματα και φαίνονται οι μέγιστες τιμές q και p και οι αντίστοιχοι δείκτες πόρων που προκύπτουν από δοκιμές σε διάφορα δοκίμια [32]

38 Βιβλιογραφική επισκόπηση σχηματίζουν την γραμμή κρίσιμης κατάστασης (CSL). Τα σήμεία πάνω στη γραμμή κανονικής στερεοποίησης δίνουν τις αρχικές τιμες e και p των δοκιμίων ακριβώς πριν ξεκινήσουν την δοκιμή διάτμησης. Οι γραμμές CSL και NCL είναι παράλληλες. Τα μεγέθη q και p, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.6.5, μεταβάλλονται παρόμοια συναρτήσει της αξονικής παραμόρφωσης, για αστράγγιστες και για στραγγιζόμενες συνθήκες, και σταθεροποιούνται σε κάποια τιμή λίγο πριν την τελική αστοχία. Η αποκλίνουσα τάση στην αστράγγιστη δοκιμή παίρνει μέγιστες τιμές για αξονικές παραμορφώσεις περίπου 15%. Αυτό υποδηλώνει ότι το δοκίμιο αστοχεί για μικρότερη παραμόρφωση συγκριτικά με την δοκιμή ελεύθερης στράγγισης. Σχήμα Μεταβολή q/p και αξονικής παραμόρφοσης για καολινιτη με διάφορες τιμές στερεοποίησης (Πηγή: M.Sinnappoo, 1966) Η πίεση του νερού των πόρων αφού φτασει την μέγιστη τιμή της παραμένει σταθερή για αξονική παραμόρφωση της τάξης περίπου του 17,5% και μετά ακολουθεί φθίνουσα πορεία για μεγαλύτερες παραμορφώσεις. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις παρατηρήσεις των Roscoe και Thurairajah (1964), σύμφωνα με τους οποίους οι πιέσεις του νερού των πόρων ακολουθούσαν αύξουσα πορεία ακόμα και για αξονική παραμόρφωση 25% ενώ η μέγιστη αποκλίνουσα τάση σημειώθηκε για περίπου 12% παραμόρφωση. Σύμφωνα με τη θεωρία της κρίσιμης κατάστασης η πίεση πόρων θα έπρεπε να μένει σταθερή μετά την αστοχία. Στο Σχήμα φαίνεται η σχέση της κανονικοποιημένης πίεσης πόρων και της αξονικής παραμόρφωσης για δοκιμές διάτμησης υπό αστράγγιστες συνθήκες για [33]

39 Βιβλιογραφική επισκόπηση δοκίμια με τρεις διαφορέτικούς δείκτες πόρων. Στην κρίσιμη κατάσταση η μεταβολή είναι παρόμοια με αυτήν της ογκομετρικής παραμόρφωσης για σταγγιζόμενες δοκιμές όπως φαινεται στο Σχήμα Σχήμα Μεταβολή της κανονικοποιημένης πίεσης πόρων με την αξονική παραμόρφωση (ε 1) για αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές σε δοκίμια με διαφορετικά e (Πηγή: M.Sinnappoo, 1966) Σχήμα Ογκομετρική παραμόρφωση σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση σε στραγγιζόμενες δοκιμές (Πηγή: M.Sinnappoo, 1966) Στο Σχήμα φαίνονται οι διαδρομές τάσεων για τέσσερις αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη. Και οι τεσσερις καταλήγουν πάνω στην γραμμή κρίσιμης κατάστασης (CSL) και είναι γεωμετρικά παρόμοιες. [34]

40 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Διαδρομές τάσεων από αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές σε κανονικά στερεοποιημένα δοκίμια καολινίτη (Πηγή: M.Sinnappoo,1966) Ο M.Sinnappoo εκανε κανονικοποίηση των αποτελεσμάτων του παραπάνω διαγράμματος σε ένα διάγραμμα με άξονες q/p και p * exp(e/λ), όπου λ είναι η κλίση της γραμμής κανονικής στερεοποίησης (Σχήμα 2.6.9). Σύμφωνα με την υπόθεση των Roscoe, Schofield και Wroth οι διαδρομές τάσεων όλων των δοκιμών σε κανονικά στερεοποιημένα δοκίμια θα έχουν αφετηρία την επιφάνεια διαρροής και θα καταλήγουν στην γραμμή κρίσιμης κατάστασης. Στο δισδιάστατο χώρο η ευθεία κρίσιμης κατάστασης προβάλεται σε ένα σημείο. Στο Σχήμα απεικονίζονται οι κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων για αστράγγιστες και στραγγιζόμενες τριαξονικές δοκιμές. Φαίνεται ότι η επιφάνεια ενδοσιμότητας για τις αστράγγιστες δοκιμές βρίσκεται δεξιά της αντίστοιχης για τις στραγγιζόμενες δοκιμές. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τα αποτελέσματα των Roscoe και Thurairajah (1964) σύμφωνα με τους οποίους συμβαίνει το αντίθετο. [35]

41 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Επιφάνεια ενδοσιμότητας για στραγγιζόμενες και αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη (Πηγή: M.Sinnappoo, 1966) [36]

42 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη από Roscoe και Thurairajah (1964) Τα αποτελέσματα από τις δοκιμές των Roscoe και Thurairajah πάνω σε δοκίμια καολινίτη έρχονται σε αντίθεση με τα αποτελέσματα του M.Sinnappoo. Τα διαγράμματα στο Σχήμα δείχνουν τα κανονικοποιημένα αποτελέσματα τεσσάρων τριαξονικών δοκιμών σε αστράγγιστες συνθήκες και τεσσάρων με ελεύθερη στράγγιση. Οι δοκιμές αυτές είναι ενδεικτικές από ένα σύνολο είκοσι πειραμάτων που πραγματοποίησαν οι Roscoe και Thurairajah σε κανονικά στερεοποιημένο καολινίτη. Ο αρχικός δείκτης πόρων των δοκιμίων που εξετάστηκαν κυμάνθηκε απο e=1.18 έως e=1.40. Στο Σχήμα φαίνονται οι κανονικοποιημένες επιφάνειες ενδοσιμότητας όπως προκύπτουν από τις στραγγιζόμενες και αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές. Η επιφάνεια διαρροής για τις δοκιμές με ελέθερη στράγγιση βρίσκεται δεξιά της επιφάνειας που προκύπτει από τις αστράγγιστες δοκιμές. Σχήμα Επιφάνειες ενδοσιμότητας (p,q,e) για αστράγγιστες και στραγγιζόμενες τριαξονικές δοκιμές σε κανονικά στερεοποιημένο καολινίτη (Πηγή: Roscoe και Thurairajah 1964) Τριαξονικές δοκιμές σε καολινίτη από Jian Hu et al. (2007) Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε τριαξονική συσκευή με την εφαρμογή στα δοκίμια αξονικών και ακτινικών φορτίσεων. Διεξήχθησαν δοκιμές υπό αστράγγιστες [37]

43 Βιβλιογραφική επισκόπηση και στραγγιζόμενες συνθήκες. Τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν είχαν διάμετρο και ύψος περίπου 100mm και δημιουργήθηκαν μετα τη στερεοποίηση ενός υδαρούς μιγματος καολινίτη με υψηλό αρχικό ποσοστό υγρασίας. Το πρώτο αυτό σταδιο στερεοποίησης πραγματοποιήθηκε σε ειδική συσκευή υπό σταθερή επιβαλόμενη κατακόρυφη τάση 207 kpa. Στο τέλος αυτού του πρώτου σταδίου στερεοποίησης υπό Κ0 συνθήκες μετρήθηκε η υγρασία του μίγματος σε διαφορες θέσεις περιμετρικά και καθ ύψος του δοκιμίου ώστε να εκτιμηθεί η ομοιομορφία του δείκτη πόρων. Έπειτα, τα δοκίμια που προέκυψαν επήλθαν σε κορεσμό με τον έλεγχο της πίεσης πόρων και στερεοποιήθηκαν ισότροπα στην τριαξονική συσκευή σε μέσες ενεργές τάσεις από 207 kpa μέχρι 345 kpa. Τα ποσοστά υγρασίας που ξαναμετρήθηκαν έδειξαν επαναληψιμότητα και ομοιογένεια του δείκτη πορων των δοκιμίων μετά την ισότροπη στερεοποίηση. Στη συνέχεια τα δοκίμια υποβλήθηκαν σε διάτμηση με έλεγχο των παραμορφώσεων υπό αστραγγιστες η στραγγιζόμενες συνθήκες. Για τις αστράγγιστες δοκιμές ο ρυθμός επιβολής της αξονικής παραμόρφωσης ήταν 0.05% ανα λεπτό ενώ για τις στραγγιζόμενες 0.005% ανά λεπτό. Και στις δύο περιπτώσεις η πίεση κυψέλης διατηρείται σταθερή μετά το τέλος της στερεοποίησης. Σχήμα Αστράγγιστες δοκιμές : αποκλίνουσα τάση q-αξονική παραμόρφωση ε q (Πηγή: Jian Hu et al., 2007) [38]

44 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Αστράγγιστες δοκιμές : πίεση πόρων u-αξονική παραμόρφωση ε q (Πηγή: Jian Hu et al., 2007) Σχήμα Αστράγγιστες δοκιμές : διαδρομές τάσεων (Πηγή: Jian Hu et al., 2007) Στα Σχήματα , και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα από τις τρεις τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες. Κάθε δοκιμή έχει διαφορετική [39]

45 Βιβλιογραφική επισκόπηση αρχική τάση ισότροπης στερεοποίησης (207, 276, 345 Kpa) και άρα και διαφορετικό αρχικό δείκτη πόρων. Παρατηρείται ότι η μέγιστη διατμητική αντοχή σημειώνεται για αξονικές παραμορφώσεις περίπου 14% και για τις τρεις δοκιμές. Η μέγιστη διατμητική τάση αυξάνεται με την αύξηση της αρχικής τάσης ισότροπης στερεοποίησης. Μετά την μέγιστη τιμή, όπως φαίνεται στο Σχήμα , η αποκλίνουσα τάση ακολουθεί φθίνουσα πορεία κατά μήκος μίας ευθείας γραμμής. Σε όλες τις δοκιμές παρατηρείται τάση για συστολή των δοκιμίων, η οποία φαίνεται και από την συνεχή αύξηση της πίεσης των πόρων. Από τις διαδρομές τάσεων των τριών δοκιμών προκύπτει η κλίση M της γραμμής κρίσιμης κατάστασης στο επίπεδο (p, q). Οι Jian Hu, Dayakar Penumadu, Dmitry I. Garagash υπολόγισαν την κλίση αυτή Μ = 1,195. Επίσης από δοκιμές ισότροπης συμπίεσης και αποφόρτισης υπολογίστηκαν και οι παράμετρος λ=0,13 και κ=0,06. [40]

46 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες σε δοκίμια καολίνη από τους Wroth και Loudon (1967) Οι Loudon και Wroth πραγματοποίησαν τριαξονικές δοκιμές σε δοκίμια καολινίτη τα οποία στερεοποιήθηκαν ισότροπα και υπερστερεοποιήθηκαν σε διάφορους βαθμούς όπως φαίνεται στο Σχήμα Η διαδρομές τάσεων μεταβάλλονται και γίνονται πιο κατακόρυφες καθώς αυξάνεται ο βαθμός στερεοποίησης. Για βαθμούς στερεοποίησης από OCR=1 έως OCR=1,8 τα δοκίμια καολινίτη παρουσιάζουν τάση για συστολή κατά την τριαξονική θλίψη και αυτό φαίνεται και από το διάγραμμα μεταβολής πίεσης πόρων στο Σχήμα Αντίθετα τα δοκίμια με βαθμούς στερεοποίησης μεγαλύτερους από OCR=2,5 εμφανίζουν μία τάση για διαστολή καθώς πλησιάζουν την κρίσιμη κατάσταση. Αυτό φαίνεται και από τις πιέσεις πόρων στο Σχήμα Μετά από αξονική παραμόρφωση περίπου 1% η πίεση πόρων ξεκινάει πτωτική πορεία, η οποία είναι πιο έντονη όσο αυξάνεται ο βαθμός στερεοποίησης. Το σχήμα παρουσιάζει τη μεταβολή της αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμορφωση. Σχήμα Διαδρομές τάσεων για ισότροπα κανονικά στερεοποιημένα και υπεστερεοποιημένα δοκίμια (Πηγή: Loudon,1967) [41]

47 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Μεταβολή αποκλινουσας τάσης σε σχέση με την αξονική πααρμόρφωση για ισότροπα κανονικά στερεοποιημένα και υπεστερεοποιημένα δοκίμια ( Πηγή: Loudon,1967) Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για ισότροπα κανονικά στερεοποιημένα και υπεστερεοποιημένα δοκίμια (Πηγή: Loudon,1967) [42]

48 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες σε δοκίμια καολίνη από τον Stipho (1978) Ο Stipho πραγματοποίησε τριαξονικές δοκιμές σε δοκίμια καολινίτη τα οποία παρασκεύασε αναμειγνύοντας το υλικό με απεσταγμένο νερό σε αναλογία κατά βάρος 1:1. Κατά τη στερεοποίηση χρησιμοποίησε τέσσερις διαφορετικούς συντελεστές Κο με σκοπό να εξετάσει την επίδραση της ανισοτροπίας στη συμπεριφορά του υλικού κατά τη διάτμηση ή τον εφελκυσμό. Επιπλέον, έκανε δοκιμές σε υπερστερεοποιημένα δοκίμια. Τα διαγράμματα στα παρακάτω σχήματα δείχουν τις διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο q-p και τη μεταβολή της πίεσης πόρων και της αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση. Σχήμα Διαδρομές τάσεων για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=1 (Πηγή: Stipho 1978) [43]

49 Βιβλιογραφική επισκόπηση Το Σχήμα δείχνει τις διαδρομές τάσεων για τις δοκιμές εφελκυσμού και θλίψης στο κανονικοποιημένο επίπεδο q/po-p/po για ισότροπα κανονικά στερεοποιημένα και υπερστερεοποιημένα δοκίμια. Στις δοκιμές θλίψης φαίνεται η αργιλική φύση του υλικού και η τάση για συστολή. Αυτό επιβεβαιώνεται και από την μεταβολή της κανονικοποιημένης πίεσης πόρων στο Σχήμα Καθώς αυξάνεται η αποκλίνουσα τάση, η πίεση πόρων αυξάνεται προκαλώντας μείωση της μέσης ενεργού τάσης. Καθώς αυξάνεται ο βαθμός στερεοποίησης η μεταβολή της αποκλίουσας τάσης και της πίεσης πόρων μειώνεται, ενώ στους μεγαλύτερους βαθμούς στερεοποίησης (OCR=5 και OCR=8) τα δοκίμια παρουσιάζουν τάση για διαστολή κατά τη διάτμηση. Επίσης από τις κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων, φαίνεται ότι για την ισότροπη στερεοποίηση, τα δοκίμια συμπεριφέρονται κατά την αστοχία σύμφωνα με το μοντέλο θραύσης του εδάφους Mohr-Coulomb, δηλαδή, οι κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων είναι σχεδόν συμμετρικές για θλίψη και εφελκυσμό. Σχήμα Κανονικοποιημένη αποκλίνουσα τάση και πίεση πόρων σε δοκιμές θλίψης και εφελκυσμού για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=1 (Πηγή: Stipho 1978) [44]

50 Βιβλιογραφική επισκόπηση Ομοίως στα Σχήματα και παρουσιάζονται οι διαδρομές τάσεων και η μεταβολή της αποκλινουσας τάσης και αξονικής παραμορφωσης για δοκίμια στερεοποιημένα ανισότροπα με συντελεστή Κο=0,8. Σε αντίθεση με τις δοκιμές σε ισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια, η ανισοτροπία εδώ διαφοροποιεί τις κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων σε θλίψη και εφελκυσμό. Σχήμα Διαδρομές τάσεων για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=0,8 (Πηγή: Stipho 1978) [45]

51 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Kανονικοποιημένη αποκλίνουσα τάση και πίεση πόρων σε δοκιμές θλίψης και εφελκυσμού για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=0.8 (Πηγή: Stipho 1978) [46]

52 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τα σχήματα και παρουσιάζουν τις διαδρομές τάσεων και τη μεταβολή της αποκλινουσας τάσης και αξονικής παραμορφωσης για δοκίμια στερεοποιημένα ανισότροπα με συντελεστή Κο=0,667. Σχήμα Διαδρομές τάσεων για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=0,667 (Πηγή: Stipho 1978) [47]

53 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Κανονικοποιημένη αποκλίνουσα τάση και πίεση πόρων σε δοκιμές θλίψης και εφελκυσμού για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=0.667 (Πηγή: Stipho 1978) Συγκρίνοντας τα διαγράμματα μεταβολής πόρων στα σχήματα , και και παρατηρούμε ότι καθώς μειώνεται ο συντελεστής Κο κατά τη στερεοποίηση, η κανονικοποιημένη πίεση πόρων μειώνεται επίσης. Η μεταβολή αυτή αποδίδεται σύμφωνα με το Stipho στο συντελεστή Α της θεωρητικής σχέσης του Skepton(1954) για κορεσμένα δοκίμια : Δu=Δσ3+Α(Δσ1-Δσ3). Η παράμετρος Α σύμφωνα με τον Stipho μεταβάλεται καθώς αλλάζει η ανισοτροπία του εδαφικού υλικού. [48]

54 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τα σχήματα και παρουσιάζουν τις διαδρομές τάσεων και τη μεταβολή της αποκλινουσας τάσης και αξονικής παραμορφωσης για δοκίμια στερεοποιημένα ανισότροπα με συντελεστή Κο=0,57. Σχήμα Διαδρομές τάσεων για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=0,57 (Πηγή: Stipho 1978) [49]

55 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Κανονικοποιημένη αποκλίνουσα τάση και πίεση πόρων σε δοκιμές θλίψης και εφελκυσμού για συντελεστή στερεοποίησης Κ ο=0.57 (Πηγή: Stipho 1978) Από τις δοκιμές στα ισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια ο Stipho κατέληξε στις σταθερές κρίσιμης κατάστασης Μc=1,05 και Μe=0,85 για θλίψη και εφελκυσμό αντίστοιχα, που αντιστοιχούν σε γωνίες κρίσιμης κατάστασης φ c=25,7 o και φ e=24,1 o. Για τις δοκιμές συμπίεσης με συντελεστή στερεοποίησης Κο=0,8 η γωνία κρίσιμης κατάστασης υπολογίστηκε φ c=24,72 ο, για τις δοκιμές συμπίεσης με Κο=0,667 υπολογίστηκε φ c=24,03 ο και για τις δοκιμές συμπίεσης με Κο=0,57 υπολογίστηκε φ c=23,58 ο. Οι δοκιμές τριαξονικού εφελκυσμού στα ανισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια δεν οδήγησαν σε αξιόπιστα συμπεράσματα σχετικά με τις παραμέτρους αστοχίας του υλικού. [50]

56 Βιβλιογραφική επισκόπηση Τριαξονικές δοκιμές υπό αστράγγιστες συνθήκες σε δοκίμια καολίνη από τους Yu-Hsing Wang et al. (2011) Το υλικό που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή την έρευνα ονομάζεται Speswhite Kaolin. Τα δείγματα μέτά από μονοδιάστατη στερεοποίηση που κράτησε από μια εβδομάδα έως ένα μήνα (ανάλογα με το ph του δείγματος), περικόπηκαν ώστε να σχηματιστούν δοκίμια διαμέτρου 50 mm και ύψους 100 mm και τοποθετήθηκαν στην τριαξονική συσκευή. Οι αστράγγιστες τριαξονικές δοκιμές έγιναν σε μία CKC τριαξονική συσκευή. Επιβλήθηκε ρυθμός κατακόρυφης παραμόρφωσης 0,015%/min για όλα τα δείγματα. Προκείμένου τα δοκίμια να μην είναι υπερστερεοποιημένα από τη μονοδιαστατη στερεοποίηση επιβλήθηκε ελάχιστη μέση ενεργός τάση (p ) 100 kpa, διπλάσια από την ενεργό τάση κατά τη μονοδιάστατη στερεοποίηση. Το Σχήμα παρουσιάζει τις διαδρομές τάσεων σε όρους q και p για δείγματα με ph 4 και ph 7,8 κάτω από 3 διαφορετικές ενεργές τάσεις p (100kPa, 200kPa, 300kPa). Τα δείγματα με ph 4 παρουσιάζουν τάση για συστολή καθ όλη τη διάρκεια της δοκιμής. Από τα πειράματα αυτά προκύπτει μία γραμμή κρισιμης κατάστασης με Μc = 1,09 που αντιστοιχεί σε γωνία τριβής φ c = 27,5 o. Τα δείγματα με ph 7,8 παρουσιάζουν τελείως διαφορετική συμπεριφορά. Η τάση για συστολική συμπεριφορά που παρουσιάζουν αρχικά μετατρέπεται σε τάση για διαστολή υπό σταθερό λόγο τάσεων καθώς πλησιάζουν την γραμμή κρίσιμης κατάστασης. Παρόλο που τα δείγματα με ph 7,8 συμπεριφέρθηκαν τελείως διαφορετικά από αυτά με ph 4, όλα τα δείγματα φαίνεται να προσεγγίζουν την ίδια ευθεία κρίσιμης κατάστασης. Η τάση για διαστολική συμπεριφορά του καολινίτη με ph 7,8 μπορεί να αποδοθεί στίς μικρές αποστάσεις των πλακιδίων και τις μεγάλες αποθητικές δυνάμεις που δημιουργούνται. Παρόμοια συμπεριφορά παρατηρείται και στις άμμους. Σχήμα Διαδρομές τάσεων για ισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια καολίνη με διαφορετική διάταξη πλακιδίων (Πηγή: Yu-Hsing Wang, 2011) [51]

57 Βιβλιογραφική επισκόπηση Στο Σχήμα φαίνονται οι διαδρομές τάσεων για τα δοκίμια με μέση ενεργό τάση p = 100 kpa στην περίτωση που προστεθεί ηλεκτρολύτης 0.15 mol/l NaCl. Επίσης φαίνονται, για τη σύγκριση, τα αρχικά δοκίμια χωρίς ηλεκτολύτη. Τα δοκίμια με ph 4 και ph 7,8 παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά με το αρχικό δοκίμιο χωρίς ηλεκτρολύτη με ph 4. Το διαλυμα NaCl μεταβάλει τη διάταξη των πλακιδίων καολινίτη και αλλάζει έτσι και τη συμπεριφορά του σε διάτμηση. Τα δείγματα που έχουν κροκιδωμένη σύσταση ακολουθούν παρόμοιες διαδρομές τάσεων κατά τη διάτμηση. Παρόλα αυτά φαίνεται και εδώ ότι η γραμμή κρίσιμης κατάστασης είναι ανεξάρτητη από από τις δυνάμεις μεταξύ των πλακιδίων και τη μεταξύ τους δομή, αλλά εξαρτάται κυρίως από το είδος του γεωυλικού. Συνοψίζοντας, σύμφωνα με τα πειράματα του Yu-Hsing Wang η γραμμή κρίσιμης κατάστασης για τον καολινίτη καθορίζεται από την φύση του γεωυλικού και όχι από τη διάταξη και τις δυνάμεις μεταξύ των πλακιδίων. Σχήμα Διαδρομές τάσεων για ισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια καολίνη στα 100 kpa με διαφορετική διάταξη πλακιδίων (Πηγή: Yu-Hsing Wang, 2011) [52]

58 Βιβλιογραφική επισκόπηση Αστράγγιστη τριαξονική δοκιμή θλίψης σε καολινίτη από τους Robinson et al. (2010) Στα πλαίσια της έρευνας αυτής χρησιμοποιήθηκε καολινίτης του εμπορίου, του οποίου το 38% των σωματιδίων ανήκουν στο εύρος της ιλύος (0,002mm με 0,075mm), και το υπόλοιπο 62% είναι αργιλικά (<0,002mm). Ο καολινίτης αναμείχθηκε με απεσταγμένο νερό σε ποσότητα περίπου διπλάσια της υγρασίας στο όριο υδαρότητας του. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης χημικοί παράγοντες για να καθορίσουν τη δομή των σωματιδίων του καολινίτη (για τα δοκίμια με διασκορπισμένη διάταξη σωματιδίων). Το υδαρές υλικό στη συνέχεια στερεοποιήθηκε υπό κατακόρυφη πίεση 100 kpa σε κυλινδρική μήτρα με διάμετρο 150 mm και ύψος 230 mm. Όταν η στερεοποίηση ολοκληρώθηκε δημιουργήθηκαν δοκίμια με 38 mm διάμετρο και ύψος 76 mm τα οποία τοποθετήθηκαν στη τριαξονική συσκευή. Πριν τη διάτμηση, προηγήθηκε κορεσμός με έλεγχο της πίεσης πόρων ώστε η παράμετρος Β να είναι μεγαλύτερη από 0,95, και ισότροπη στερεοποίηση των δοκιμίων. Το Σχήμα περιγράφει τη μεταβολή της αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση σε μία τυπική αστράγγιστη δοκιμή θλίψης. Όπως φαίνεται στο διάγραμμα, τα δείγματα με τη διασκορπισμένη δομή (dispersed) μετά τη μέγιστη διατμητική αντοχή παρουσιάζουν μείωση της αντοχής για περεταίρω παραμόρφωση. Αντίθετα, τα δείγματα με κροκυδωμένη δομή (flocculated) διατηρούν σταθερή την διατμητική αντοχή όταν αυτή πάρει τη μέγιστη τιμή της, συμπεριφορά η οποία είναι χαρακτηριστική για τις κανονικά στερεοποιημένες αργίλους. Μία εξήγηση για αυτή τη συμπεριφορά είναι η αρχική αντοχή σε συμπίεση λόγω των παράλληλα προσανατολισμένων σωματιδίων στην περίπτωση της διασκορπισμένης δομής. Στις μεγαλύτερες όμως παραμορφώσεις η αναδιάταξη των σωματιδίων οδηγεί σε πτώση της διατμητικής αντοχής του υλικού. Όπως φαίνεται εξάλου στο Σχήμα , και οι δύο τύποι δοκιμίων φαίνεται να έχουν την ίδια διατμητική αντοχή στις μεγαλύτερες παραμορφώσεις. Η μεταβολή της πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση,για τα δύο είδη δοκιμίων, κατά την αστράγγιστη τριαξονική θλίψη περιγράφεται στο Σχήμα Οι καμπύλες και για τα δύο είδη δοκιμίων φαίνεται να συμπίπτουν, πράγμα το οποίο υποδηλώνει ότι δομή και ο προσανατολισμός των σωματιδίων δεν επηρεάζει τη μεταβολή της πίεσης των πόρων. [53]

59 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Mεταβολή αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με αξονική παραμόρφωση για υλικά με διαφορετική διάταξη σωματιδίων (Πηγή: Robinson et al., 2010) Σχήμα Mεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με αξονική παραμόρφωση για υλικά με διαφορετική διάταξη σωματιδίων (Πηγή: Robinson et al., 2010) Το Σχήμα παρουσιάζει τα σημεία αστοχίας των δοκιμίων με διασκορπισμένη και κροκυδωμένη δομή στο δισδιάστατο επίπεδο t-s. Η γωνία τριβής για το υλικό με διασκορπισμένη δομή διαμορφώνεται στις 28,7 ο, ενώ για αυτό με τη κροκυδωμένη δομή λίγο χαμηλότερα στις 27,5 ο. [54]

60 Βιβλιογραφική επισκόπηση Σχήμα Σημεία αστοχίας για τα δοκίμια με διαφορετικές μικροδομές (Πηγή: Robinson et al., 2010) Τριαξονικές δοκιμές θλίψης και εφελκυσμού σε δοκίμια καολίνη από τους Atkinson et al. (1987) Οι Atkinson et al., στα πλαίσια της έρευνάς τους, διεξήγαγαν δοκιμές τριαξονικής θλίψης και εφελκυσμού σε δοκίμια καολίνη Speswhite σε τριαξονική κυψέλη τύπου Bishop/Wesley. Τα δοκίμια είχαν διάμετρο 38 mm και ύψος 76 mm και προέκυψαν από ανάμειξη καολίνη Speswhite (LL = 65, PL = 35) με απεσταγμένο νερό, σε ποσότητα περίπου ίση με το 150% του ορίου υδαρότητας του υλικού. Στη συνέχεια στερεοποιήθηκαν μονοδιάστατα υπό κατακόρυφη ενεργό τάση σ ν = 60 kpa. Στο τέλος της αρχικής στερεοποίησης τα δοκίμια είχαν ποσοστά υγρασίας 57% - 59% και αστράγγιστη αντοχή περίπου su=20 kpa, αρκετή ώστε να μπορούν να σταθούν στην τριαξονική συσκευή. Όταν τα δοκίμια εγκαταστάθηκαν στην τριαξονική κυψέλη, φορτίστηκαν έτσι ώστε να αποκτήσουν τις τάσεις που είχαν στο τέλος της μονοδιάστατης στερεοποίησης, αλλά με πίεση πόρων 150 kpa. Στη συνέχεια φορτίστηκαν υπό σταθερή πίεση πόρων, συνθήκες πλήρους στράγγισης και μηδενική ακτινική παραμόρφωση, με ρυθμό μεταβολής αξονικού φορτίου 5 kpa/hr. Στο τέλος της στερεοποίησης, εφαρμόστηκε καθεστώς σταθερών τάσεων στα δοκίμια, για 4-6 ώρες, για να εκτονωθούν οι οποιεσδήποτε ερπυστικές παραμορφώσεις. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν δοκιμές τριαξονικής θλίψης και εφελκυσμού, υπό αστράγγιστες ή στραγγιζόμενες συνθήκες. Οι ρυθμοί φόρτισης των δοκιμών ήταν αρκετα μικροί, ώστε να γίνεται πλήρης εκτόνωση των πιέσεων πόρων στις στραγγιζόμενες δοκιμές, και να μεταβάλονται ομοιόμορφα σε όλο το δοκίμιο στις αστράγγιστες. Το διάγραμμα (a) στο Σχήμα δείχνει τις τάσεις στα δοκίμια στο τέλος της στερεοποίσησης, δηλαδή την αρχική κατάσταση των δοκιμίων πριν τις δοκιμές [55]

61 Βιβλιογραφική επισκόπηση διάτμησης και εφελκυσμού. Τα ζευγη τάσεων είναι σημεία που σχηματίζουν την γραμμή μονοδιάστατης στερεοποίησης Κο στο επίπεδο q-p. Φαίνεται επίσης στο διάγραμμα (b) του σχήματος η γραμμή μονοδιάστατης στερεοποίησης στο επίπεδο (ν, lnp ) όπου ν=1+e και p = (σ ν+2σ α)/3. Σχήμα Ευθεία μονοδιάστατης συμπίεσης στο επίπεδο (α) q-p και στο επίπεδο (b) v- lnp (Πηγή: Atkinson et al., 1987) Τα διαγράμματα στο Σχήμα δείχνουν τις καμπύλες μεταβολής της αποκλίνουσας τάσης q σε σχέση με την παραμόρφωση εs, όπου εs= 2/3 (εα-εr) για όλες τις αστράγγιστες, στραγγιζόμενες και υπό σταθερή τάση p δοκιμές. Ακολουθούν στα Σχήματα και τα διαγράμματα μεταβολής του λόγου τάσεων q/p σε σχέση με την παραμόρφωση εs για όλες τις δοκιμές. Τέλος στο Σχήμα φαίνονται οι μεταβολές του όγκου σε σχέση με την διατμητική παραμόρφωση es στις στραγγιζόμενες και στις υπό σταθερή τάση p δοκιμές. Σχήμα Αποκλίνουσα τάση-διατμητική παραμόρφωση (Πηγή: Atkinson et al., 1987) [56]

62 Βιβλιογραφική επισκόπηση (α) Σχήμα (α)aποκλίνουσα τάση-παραμόρφωση τάση-παραμόρφωση (Πηγή: Atkinson et al., 1987) (β) (β) Κανονικοποιημένη αποκλίνουσα Σχήμα Kανονικοποιημένη αποκλίνουσα τάση-παραμόρφωση (Πηγή: Atkinson et al., 1987) Σχήμα Oγκομετρικές μεταβολές για τις στραγγιζόμενες δοκιμές (Πηγή: Atkinson et al., 1987) [57]

63 Βιβλιογραφική επισκόπηση Στο Σχήμα φαίνονται οι διαδρομές τάσεων για τις αστράγγιστες δοκιμές στο επίπεδο q-p, καθώς και οι κανονικοποιημένες τάσεις ως προς την τάση p e που αντιστοιχεί στον δείκτη πόρων του κάθε δοκιμίου. (a) (b) Σχήμα (α) Διαδρομές τάσεων για δοκιμές θλίψης και εφελκυσμού υπό αστράγγιστες συνθήκες (β) Αντίστοιχες κανονικοποιημένες διαδρομές (Πηγή: Atkinson et al., 1987) Οι εξισώσεις που περιγράφουν τη μονοδιάστατη στερεοποίηση οπως αναφέρθηκε και σε προηγούμενο κεφάλαιο είναι : q = no * p ν = Νο-λο*lnp όπου no ο λόγος τάσεων (q/p ) στο τέλος της μονοδιάστατης στερεοποίησης και Νο και λο καθορίζουν τη δεύτερη ευθεία (λο: κλίση και Νο ο δείκτης κενών που αντιστοιχεί σε lnp =1). Τα δεδομένα που προκύπτουν από τις δοκιμές συμπέφτουν πάνω στις παραπάνω ευθείες με πολύ μικρές αποκλίσεις και έτσι προκύπρτουν οι παράμετροι no=0,43 Νο=3,23 και λο = 0,19. Οι τιμές αυτές επιβεβαιώνονται και απο παλαιότερες δοκιμές σε δοκίμια ίδιου τύπου καολίνη. Ο λόγος τάσεων no=0,43 αντιστοιχεί σε συντελεστή ουδετέρων τάσεων Κο=0,66. Με δεδομένη την γωνία τριβής του καολίνη φc =22 ο, με τη χρήση της σχέσης του Jaky Κο=1-sinφ, ο συντελεστής Κο υπολογίζεται 0,63 δηλαδή με μικρή απόκλιση. Για ισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια (n =0) οι παραπάνω σταθερες υπολογίστηκαν Ν=3,29 και λ=0,19. [58]

64 Βιβλιογραφική επισκόπηση Από τα διαγράμματα στα Σχήματα και φαίνεται ότι τα περισσότερα δοκίμια έφτασαν σε κρίσιμη κατάσταση σε παραμορφώσεις εs=15% με εs=20%. Ωστόσο σε μερικά δοκίμια (Ε3,Ε4 και C6) η αποκλίνουσα τάση q δεν σταθεροποιήθηκε ακόμα και για παραμορφώσεις μεγαλύτερες από 20% παρόλο που η πίεση πόρων, οι λόγοι τάσεων και η ογκομετρική παραμόρφωση παρέμεναν σταθερές. Σε όλα τα δοκίμια σχηματίστηκαν εμφανείς επιφάνειες αστοχίας και η παραμορφωσή τους συνεχίστηκε υπό σταθερό λόγο τάσεων, σταθερή πίεση πόρων και ογκομετρική παραμόρφωση. Οι μέγιστες διατμητικές αντοχές και οι αντίστοιχες μέσες ενεργές τάσεις φαίνονται στο διάγραμμα (α) του Σχήματος Σχήμα Ευθείες κρίσιμης κατάστασης στα επίπεδα q-p και ν-lnp (Πηγή: Atkinson et al., 1987) Στο Σχήμα φαίνονται οι απεικονίσεις των ευθειών κρίσιμης κατάστασης (για θλίψη και εφελκυσμό αντίστοιχα): q =Mcp και q =Mep ν=γc-λc lnp και ν=γe-λe lnp όπου Μ, Γ και λ είναι οι παράμετροι του εδάφους και οι δείκτες c και e αναφέρονται σε θλίψη και εφελκυσμό αντίστοιχα. Από τα δεδομένα του παραπάνω διαγράμματος οι παράμετροι υπολογίζονται Mc = Me = 0.85, Γc= Γe = 3.14 και λc=λe=0.19, δηλαδή οι ευθείες είναι συμμετρικές ως προς τον αξονα p. Αυτές οι τιμές M αντιστοιχούν σε κρίσιμες γωνίες τριβής φc =22 ο και φe =29 ο για θλίψη και εφελκυσμό αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα αυτά έρχονται σε αντίθεση με άλλους ερευνητές που υπολόγισαν ίσες γωνίες τριβής για θλίψη και εφελκυσμό σε μονοδιάστατα στερεοποιημένα δοκίμια. Για ισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια καολίνη Speswhite οι παραπάνω παράμετροι υπολογίστηκαν Mc = 0.95, Me = 0.80, Γc= Γe = 3.16 και λc=λe=0.19. Οι τιμές αυτές αντιστοιχούν σε γωνίες τριβής φc =24 ο και φe =27 ο για θλίψη και εφελκυσμό αντίστοιχα. [59]

65 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού 3 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟ ΤΩΝ ΦΥΣΙΚΩΝ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΩΝ ΤΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγιναν εργαστηριακές δοκιμές για να διερευνυθεί η συμπεριφορα του καολινίτη. Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές για τον προσδιορισμό της υγρασίας των δοκιμίων, το ειδικό βάρος κόκκων του υλικού, τα όρια υδαρότητας και πλασιμότητας και την κοκκομετρική διαβάθμιση το υλικού. Τα αποτελέσματα από αυτά τα πειράματα χρησιμοποιήθηκαν αργότερα για τις δοκιμές συμπιεσομέτρου και τις τριαξονικές δοκιμές. 3.1 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΤΟΥ ΔΟΚΙΜΙΟΥ Η υγρασία μιας εδαφικής μάζας (w) καθορίζεται ως ο λόγος του βάρους του νερού Ww προς το βάρος των ξηρών κόκκων του εδάφους Ws και εκφράζεται από την παρακάτω σχέση: Ww w 100% W s Εργαστηριακός εξοπλισμός Κατάλληλοι υποδοχείς τέτοιοι ώστε να προλαμβάνεται απώλεια υγρασίας κατά τη διάρκεια της ζυγίσεως. Μεταλικά κουτια. Κλίβανος θερμοκρασίας 110 ο C. Ζυγός ευαισθησίας 0,01g. Τρόπος εργασίας Για να μειωθεί η επίδραση της επιφανειακής ξήρανσης πρέπει η όλη διαδικασία να εκτελεστεί όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Η περιεχόμενη υγρασία του κάθε δοκιμίου έιναι προτιμότερο να προκύψει ως ο μέσος όρος της υγρασίας του δοκιμίου αλλά και τριμμάτων αυτού κατά την κοπή του. Επίσης υπολογισμός της περιεχόμενης υγρασίας γίνεται στα δοκίμια και μετά την ολοκλήρωση των πειραμάτων στερεοποιήσης. [60]

66 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού Αρχικά το δοκίμιο ζυγίζεται προσεκτικά και εν συνεχεία ξηραίνεται σε φούρνο θερμοκρασίας ο C μέχρι σταθερού βάρους. Ο χρόνος ξηράνσεως εξαρτάται από τον τύπο, την ποσότητα και το σχήμα του δοκιμίου. Για τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν στα πειράματα αρκούσε μια μέρα για να ξηραθούν πλήρως. Μετά την απομάκρυνση του από το φούρνο το δοκίμιο ψύχεται και ζυγίζεται. Η φυσική υγρασία εκφράζεται επί τοις εκατό και είναι αριθμός με ακρίβεια δεκάτου. 3.2 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΕΙΔΙΚΟΥ ΒΑΡΟΥΣ ΚΟΚΚΩΝ GS Το ειδικό βάρος στερεών κόκκων αποτελεί ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά των εδαφών και ο υπολογισμός του απαιτείται για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων των υπόλοιπων δοκιμών. Το ειδικό βάρος ενός εδάφους είναι ο λόγος του βάρους ορισμένου όγκου κόκκων προς το βάρος ίσου όγκου απεσταγμένου νερού θερμοκρασίας 4 ο C. Το ειδικό βάρος ενός εδάφους συνήθως χρησιμοποιείται για τον συσχετισμό του βάρους του εδάφους προς τον όγκο του. Στο εργαστήριο εδαφομηχανικής έγιναν οι απαραίτητες δοκιμές για τον προσδιορισμό του ειδικού βάρους κόκκων του καολινίτη που χρησιμοποιήθηκε στις τριαξονικές δοκιμές. Εργαστηριακός εξοπλισμός Πυκνόμετρο χωρητικότητας 100 ml, είτε λύκηθος χωρητικότητας 50 ml. Απεσταγμένο νερό Αντλία κενού (προεραιτικά) Ζυγός ακρίβειας 0,01g. Εστία θερμάνσεως Κλίβανος Ξηραντήρας Θερμόμετρο με ακρίβεια 0,1 ο C. Δοχεία ζέσεως Σταγονόμετρο ή προχοΐδα. Τρόπος εργασίας Το πυκνόμετρο καθαρίζεται, ξηραίνεται, ζυγίζεται και το βάρος αυτό αναγράφεται. Στη συνέχεια το πυκνόμετρο γεμίζεται με απεσταγμένο νερό πραγματικής θερμοκρασίας δωματίου. Προσδιορίζεται κατόπιν το βάρος του πυκνομέτρου με το νερό (Wa) και καταγράφεται. Στη συνέχεια βυθίζεται ένα θερμόμετρο μέσα στο νέρο [61]

67 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού και προσδιορίζεται η θερμοκρασία του (Ti) με προσέγγιση ακέραιου βαθμού. Από το βάρος Wa που προσδιορίζεται στη θερμοκρασία Ti, συντάσσεται πίνακας διαφόρων βαρών Wa, που αντιστοιχούν σε σειρά θερμοκρασιών, που είναι πιθανόν να επικρατούν κατά τον προσδιορισμό των βαρών Wb που ακολουθεί παρακάτω. Το έδαφος που θα χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή του ειδικού βάρους, μπορεί ή να περιέχει τη φυσική του υγρασία ή να έχει ξηρανθεί σε κλίβανο. Το βάρος του δείγματος με βάση αυτό που προκύπτει από την ξήρανση σε κλίβανο πρέπει να είναι τουλάχιστον 25g όταν χρησιμοποιείται ογκομετρική φιάλη και 10g όταν χρησιμοποιείται λύκηθος. Το δείγμα τοποθετείται μέσα στο πυκνόμετρο, αφού ληφθεί πρόνοια ώστε να μην υπάρχει απώλεια εδάφους στην περίπτωση που το δείγμα έχει ζυγιστεί. Προστίθεται απεσταγμένο νερό μέχρι να γεμίσει η ογκομετρική φιάλη περίπου κατά τα 3/4, ή όταν πρόκειται για λυκήθους περίπου κατά το ήμισυ. Ο αέρας που έχει κατά τύχη παγιδευτεί απομακρύνεται με ελαφρύ βρασμό για τουλάχιστον 10 λεπτά. Το πυκνόμετρο στη συνέχεια γεμίζεται με απεσταγμένο νερό, καθαρίζεται και ξηραίνεται εξωτερικά με τη βοήθεια καθαρού στεγνού υφάσματος. Λαμβάνεται το βάρος Wb του πυκνομέτρου με το περιεχόμενό του, και η θερμοκρασία Tx του περιεχομένου σε ο C. Έτσι το ειδικό βάρος των εδαφικών κόκκων, ως προς νερό θερμοκρασίας Τx υπολογίζεται με την ακόλουθη σχέση: T W ( ) G x 0 s, T W x 0 W W a b όπου W0 το βάρος του ξηρού σε κλίβανο δείγματος εδάφους σε g, και Τx η θερμοκρασία του περιεχομένου του πυκνομέτρου, κατά τη μέτρηση του βάρους Wb σε ο C. Στους παρακάτω πίνακες φαίνονται οι μετρήσεις από τις δοκιμές αυτές. Υπολογίζοντας το μέσο όρο από 4 επαναλήψεις του πειράματος καταλήγουμε στο ότι το Gs του συγκεκριμένου καολινίτη είναι 2,61. [62]

68 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού αριθμός φιάλης όγκος φιάλης (ml) βάρος φιάλης W1 (gr) βάρος φιάλης με νερό W4 (gr) βάρος φιάλης με άμμο W2 (gr) βάρος μετά το βρασμό W3 (gr) θερμοκρασία ( o C) ειδικό ειδικό βάρος βάρος νερού νερού γ w γ w (20 o C) διορθωτικός συντελεστής Κ φαινόμενο βάρος κόκκων Gs φαινόμεν ο βάρος κόκκων Gs (20 o C) ,27 621,06 34,68 642, ,9963 0,9982 0,9980 2,6618 2, ,32 626,35 35,33 648, ,9963 0,9982 0,9980 2,6228 2, ,27 621,06 33,56 641, ,9984 0,9982 1,0002 2,6384 2, ,32 626,35 31,35 645, ,9984 0,9982 1,0002 2,5954 2, ,12 367,24 15,87 377, ,9984 0,9982 1,0002 2,6104 2,6109 M.O 2,637 2, ,27 621,06 37,72 644, ,9963 0,9982 0,9980 2,6334 2, ,32 626,35 37,4 649, ,9963 0,9982 0,9980 2,5947 2, ,97 342,01 18,73 353, ,9963 0,9982 0,9980 2,6543 2,6491 2, ,14 371,8 18,81 383, ,9963 0,9982 0,9980 2,5848 2, ,94 377,69 19,2 389, ,9963 0,9982 0,9980 2,5641 2,5591 2, ,5 640,84 38,6 664, ,9963 0,9982 0,9980 2,6107 2,6056 M.O. 2,614 Πίνακας Υπολογισμός ειδικού βάρους κόκκων Για περαιτέρω σύγκριση πραγματοποιήθηκε η ίδια δοκιμή σε διαφορετικό τύπο καολινίτη που προέρχεται απο το Imperial College και στις προδιαγραφές του αναφέρεται Gs = 2,61. Οι δύο καολινίτες φαίνεται να έχουν ίδια ειδικά βάρη κόκκων. αριθμός φιάλης όγκος φιάλης (ml) βάρος φιάλης W1 (gr) βάρος φιάλης με νερό W4 (gr) βάρος φιάλης με άμμο W2 (gr) βάρος μετά το θερμοκρασία βρασμό ( o C) W3 (gr) ειδικό ειδικό βάρος βάρος νερού νερού γ w γ w (20 o C) διορθωτικός συντελεστής Κ φαινόμενο βάρος κόκκων Gs φαινόμεν ο βάρος κόκκων Gs (20 o C) ,14 371,8 18,3 383, ,9963 0,9982 0,9980 2,6195 2, ,94 377,69 17,81 388,7 28 0,9963 0,9982 0,9980 2,6093 2, ,5 640,84 37,58 664,2 28 0,9963 0,9982 0,9980 2,6329 2,6277 Πίνακας Υπολογισμός ειδικού βάρους κόκκων για καολινίτη από το Imperial College M.O 2,615 [63]

69 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού 3.3 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΟΡΙΩΝ ATTERBERG ΤΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ Τα όρια υδαρότητας και πλαστιμότητας έχουν προταθεί από τον A. Atterberg και περιγράφουν την µετάπτωση του εδάφους από την υγρή στην πλαστική και στην συνέχεια στην ηµιστερεή και στην στερεή κατάσταση, σύµφωνα µε τα ποσοστά της περιεχόµενης υγρασίας. είχνουν ουσιαστικά την συµπεριφορά ενός εδάφους ανάλογα µε την µεταβολή της περιεχόµενης υγρασίας και καταδεικνύουν αν κάποιο έδαφος είναι ευαίσθητο στις µεταβολές της υγρασίας (χαρακτηριστικό που είναι υψηλού ενδιαφέροντος για υλικά που χρησιµοποιούνται σε έργα οδοποιίας.). Η περιγραφή των ορίων είναι η εξής: Όριο υδαρότητας (LL ή wl): Είναι η (%) τιµή της περιεχόµενης υγρασίας που χωρίζει την πλαστική από την υδαρή κατάσταση. ηλαδή για περιεχόµενη υγρασία πάνω από το όριο υδαρότητας το έδαφος συµπεριφέρεται περισσότερο σαν ρευστή µάζα (λάσπη). Αµέσως κάτω από αυτό το όριο, το έδαφος θα συµπεριφέρεται ως εύπλαστο υλικό. Το όριο προσδιορίζεται µε χρήση της συσκευής Casagrande και είναι η τιµή της περιεχόµενης υγρασίας για την οποία τα τοιχώµατα διαµορφωµένης εγκοπής δείγµατος εδάφους που τοποθετείται στην συσκευή, έρχονται σε επαφή µεταξύ τους µετά από 25 κρούσεις. Όριο πλαστιμότητας (PL ή wp): Είναι η (%) τιµή της περιεχόµενης υγρασίας που χωρίζει την πλαστική από ισχνή κατάσταση. Εάν δηλαδή, η περιεχόµενη υγρασία είναι µεταξύ του ορίου πλαστιμότητας και του ορίου υδαρότητας, το έδαφος θα συµπεριφέρεται ως εύπλαστο υλικό. Κάτω από αυτό το όριο, το έδαφος όντας κορεσµένα ή µη τείνει να είναι εύθρυπτο όταν επιχειρήσουµε να το πλάσουµε. Ο προσδιορισµός γίνεται µε την εύρεση της περιεχόµενης υγρασίας σε εδαφικό δείγµα το οποίο θα αρχίσει να θρυµµατίζεται όταν πλάθεται σε λεπτές ίνες, διαµέτρου 3 mm ή µικρότερες Όριο συρρίκνωσης (SL): Είναι η τιµή της περιεχόµενης υγρασίας κάτω από την οποία ο όγκος του εδαφικού δείγµατος παραµένει σταθερός µε συνεχιζόµενη ξήρανση. Για µικρότερη περιεκτικότητα νερού, το δείγµα παύει να είναι κορεσµένο. Τα όρια υδαρότητας και πλαστιμότητας χρησιµοποιούνται διεθνώς για την αναγνώριση και κατάταξη των εδαφών µε βάση το διάγραµµα Casagrande και σε συνδυασµό µε την µέθοδο της κοκκοµετρικής ανάλυσης σύµφωνα πάντα µε τις προδιαγραφές ASTM. Ειδικά το όριο συρρίκνωσης χρησιµοποιείται σε συγκεκριµένες γεωγραφικές περιοχές όπου τα εδάφη υφίστανται µεγάλες αλλαγές στον όγκο τους όταν εναλλάσσονται κύκλοι υγρασίας και ξηρασίας. Οι δοκιµές για τον προσδιορισµό των ορίων Atterberg πραγµατοποιούνται σε εδάφη που διέρχονται από το κόσκινο No40. Συνήθως τα δείγµατα που παίρνουµε από την γεώτρηση χρειάζονται ξήρανση έτσι ώστε να διέρχονται από το κόσκινο No40. Αυτό µπορεί να αποφευχθεί είτε πραγµατοποιώντας τη διαδικασία του κοσκινίσµατος µε το περιεχόµενο υγρασίας που έχει το δείγµα στο πεδίο, είτε αφήνοντας το δείγµα να ανακτήσει τα πραγµατικά του όρια µετά από 24 ή και 48 ώρες. [64]

70 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού Μέσω των ορίων Atterberg προσδιορίζονται οι παρακάτω χαρακτηριστικές τιµές (δείκτες): είκτης πλαστιμότητας (PI): Είναι το εύρος της περιεχόµενης υγρασίας στο οποίο το έδαφος είναι πλαστικό. Όσο πιο λεπτοµερές είναι το υλικό, τόσο µεγαλύτερος είναι ο δείκτης πλαστιμότητας. Μεγάλη τιµή του δείκτη πλαστιμότητας δείχνει µεγάλο εύρος για την περιεχόµενη υγρασία, διατηρώντας το έδαφος σε πλαστική κατάσταση. Ο δείκτης υπολογίζεται από τη σχέση: PI = LL PL είκτης υδαρότητας (LI): Μας επιτρέπει να συγκρίνουµε την πλαστικότητα ενός εδάφους µε την περιεχόµενη υγρασία. Εάν LI=100% το έδαφος είναι στο όριο υδαρότητας, ενώ αν LI=0% το έδαφος είναι στο όριο πλαστικότητας. Ο δείκτης LI = (wl - PL)/PI Προσδιορισμός του ορίου υδαρότητας. Το όριο υδαρότητας εδάφους αντιστοιχεί εξ ορισμού στην υγρασία στην οποία το έδαφος μεταβαίνει από την πλαστική στην υδαρή κατάσταση, όπως αυτή προσδιορίζεται από τη δοκιμή του ορίου υδαρότητας. Εργαστηριακός εξοπλισμός Κάψα από πορσελάνη διαμέτρου περίπου 120 mm. Μικρό μαχαίρι ή σπαθίδα με λεπίδα μήκους περίπου 80 mm και πλάτους 20 mm. Συσκευή ορίου υδαρότητας (Συσκευή Casagrande). Μηχανική συσκευή που συνίσταται από ένα ορειχάλκινο κύπελο και μία βάση που είναι κατασκευασμένη σύμφωνα με το σχέδιο και τις διαστάσεις που ορίζονται από τις προδιαγραφές που παρουσιάζονται στο Φ.Ε.Κ 955/ Β (Προδιαγραφές Ε ). Όργανο χαράξεως συνδυασμένο με μετρητή στο πίσω μέρος, σύμφωνα με τις διαστάσεις που ορίζονται από τις προδιαγραφές στο Φ.Ε.Κ 955/ Β (Προδιαγραφές Ε ). Υποδοχείς γύαλινοι που παρεμποδίζουν την απώλεια υγρασίας κατά τη ζύγιση. Ζυγός με ευαισθησία 0,01g. [65]

71 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού Εικόνα Συσκευή Casagrande Προκαταρκτικές εργασίες Λαμβάνεται δείγμα βάρους περίπου 100g από το κλάσμα του υλικού που έχει ά αναμειχθεί καλά και διέρχεται από το κόσκινο Νο.40. Η συσκευή του ορίου υδαρότητας, η οποία δίνεται διαγραμματικά στην Εικόνα 3.3.2, πρέπει να επιθεωρείται για να διαπιστωθεί η καλή κατάσταση λειτουργίας, ότι δεν έχει επέλθει φθορά στον πείρο που συγκρατεί το κύπελο, ότι είναι σφιγμένοι οι κοχλίες συνδέσεως του κυπέλου, και ότι δεν έχει χαραχτεί το κύπελο λόγω χρήσεως. Με τον μετρητή που υπάρχει στο πίσω μέρος του οργάνου χαράξεως, ρυθμίζεται το ύψος στο οποίο θα ανυψώνεται το κύπελο. Στη συνέχεια σταθεροποιείται η πλάκα ρυθμίσεως σφίγγοντας τους κοχλίες. Με τον μετρητή ακόμη στη θέση, ελέγχεται η ρύθμιση περιστρέφοντας το στρόφαλο μερικές φορές. Εάν η ρύθμιση είναι καλή θα ακούγεται ένας ελαφρύς ήχος, όταν η προεξοχή του στροφάλου εφάπτεται της προεξοχής του κυπέλου. Εάν το κύπελο ανυψώνεται ή δεν ακούγεται ο ελαφρύς ήχος πρέπει να γίνει ξανά η ρύθμιση. Τρόπος εργασίας Αρχικά τοποθετείται το δείγμα εδάφους μέσα σε μία κάψα και στη συνέχεια προστίθενται cm 3 απεσταγμένου νερού. Ακολούθως το μείγμα ανακατεύεται πάρα πολύ καλά με την σπαθίδα μέχρις ότου κατανεμηθεί ομοιόμορφα το νερό στο δείγμα. Παραπάνω προσθήκη νερού γίνεται σε ποσότητα 1-3 cm 3 και ακολουθεί η ανάμιξη ως ανωτέρω. Κατόπιν το δείγμα τοποθετείται στον υγραντήρα επί 30 λεπτά για ωρίμανση. Στη συνέχεια λαμβάνεται μέρος της ομοιόμορφης πεικτής μάζας και τοποθετείται στο κύπελο της συσκευής και στο μέρος πάνω από το σημείο που ακουμπά το κύπελο στη βάση της συσκευής. Απλώνεται το υλικό με τη βοήθεια της σπαθίδας με ταυτόχρονη προσπάθεια να μην εγκλειστούν φυσαλίδες μέσα στο δείγμα. Μετά την ισοπέδωση το μεγαλύτερο βάθος του δείγματος πρέπει να είναι 1 cm, το υπόλοιπο απομακρύνεται. Το εντός του κυπέλου έδαφος διαιρείται με μία σταθερή διαδρομή του οργάνου χαράξεως κατά μήκος της διαμέτρου που διέρχεται [66]

72 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού από το μέσο του στηρίγματος του κυπέλου, έτσι ώστε να σχηματιστεί καθαρή και απότομη χαραγή κατάλληλων διαστάσεων. Προς αποφυγή δημιουργίας σχισμών επί των πλευρών της χαραγής ή ολισθήσεως του εδάφους, επιτρέπονται μέχρι έξι τέτοιοι χειρισμοί. Το βάθος της χαραγής πρέπει να αυξάνει με κάθε χειρισμό, στο τέλος δε, πρέπει να φαίνεται ο πυθμένας του κυπέλου. Με περιστροφή του στροφάλου με ταχύτητα δύο στροφές ανά δευτερόλεπτο, ανυψώνεται και πέφτει το κύπελο με το παρασκεύασμα, μέχρις ότου οι δύο πλευρές του δείγματος ενωθούν στον πυθμένα της χαραγής και σε μήκος 12,7 χιλιοστά περίπου. Αναγράφεται ο αριθμός των κτύπων που απαιτήθηκαν για να κλείσει έτσι η χαραγή. Όταν περιστρέφεται ο στρόφαλος η συσκευή πρέπει να κρατίεται με το άλλο χέρι. Τμήμα εδάφους ίσο περίπου με το πλάτος της σπαθίδας εκτεινόμενο από άκρο σε άκρο του πλακούντα του εδάφους, κάθετα προς τη χαραγή και περιλαμβάνοντας το μέρος της χαραγής που ενώθηκε το έδαφος, τοποθετείται σε γυάλινο υποδοχέα, ζυγίζεται και ξηρένεται μέχρι σταθερού βάρους σε κλίβανο θερμοκρασίας 110 o C, και ζυγίζεται πάλι. Καταγράφεται το ξηρό βάρος, ως επίσης και το νερό που έχασε κατά την ξήρανση. Η πιο πάνω διαδικασία, επαναλαμβάνεται τουλάχιστον σε δύο επιπλέον τμήματα του δείγματος, στα οποία έχει προστεθεί αρκετό νερό για να γίνει το δείγμα περισσότερο ρευστό. Ο σκοπός της διαδικασίας αυτής είναι η επίτευξη δειγμάτων τέτοιας συστάσεως ώστε να γίνεται τουλάχιστον ένας προσδιορισμός σε κάθε μία από τις ακόλουθες τρεις περιοχές κτύπων: 25-35, 20-30, Στη συνέχεια επί λογαριθμικού διαγράμματος σχηματίζεται η καμπύλη ροής, που παριστά την σχέση μεταξύ περιεχόμενης υγρασίας και αντίστοιχου αριθμού κτύπων, με τα ποσοστά υγρασίας ως τετμημένες στη γραμμική κλίμακα και τον αριθμό των κτύπων ως τεταγμένες, στην λογαριθμική κλίμακα. Η καμπύλη ροής θα σχεδιάζεται ως ευθεία γραμμή όσο δυνατόν πλησιέστερα προς τα τρία αποτυπωθέντα σημεία. Το ποσοστό υγρασίας που αντιστοιχεί στην καμπύλη ροής με την τεταγμένη των 25 κτύπων λαμβάνεται ως όριο υδαρότητας. Το όριο υδαρότητας αναφέρεται σε ακέραιες μονάδες (στρογγυλεμμένο στον πλησιέστερο ακέραιο αριθμό). Για υλικά με δείκτη πλαστιμότητας μικρότερο του 10, το όριο υδαρότητας εκφράζεται με ακρίβεια 0,1. [67]

73 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού Σχήμα Σχηματική απεικόνιση συσκευής Casagrande και οργανου χαράξεως Προσδιορισμός του ορίου πλαστιμότητας. Το όριο πλαστιμότητας εδάφους αντιστοιχεί, στο χαμηλότερο ποσοστό υγρασίας στο οποίο το έδαφος μεταβαίνει από την πλαστική στην ημιστερεή κατάσταση και μπορει να κυλινδρωθεί σε ραβδίσκο διαμέτρου 3 mm χωρίς ο ραβδίσκος να θραύεται. Εργαστηριακός εξοπλισμός Κάψα από πορσελάνη διαμέτρου περίπου 120 mm. Σπαθίδα ή σπάτουλα με λεπίδα μήκους 80 mm και πλάτους 20 mm περίπου. Επιφάνεια για την κυλίνδρωση: Γυάλινη πλάκα σμυριδωμένη ή κομμάτι ομαλού και αστίλβωτου χαρτιού για την κυλίνδρωση του δείγματος. Κατάλληλοι υποδοχείς, ώστε να προσαρμόζονται ύαλοι ωρολογίου για την πρόληψη απώλειας υγρασίας κατά τη διάρκεια της ζυγίσεως. Κλίβανος θερμοκρασίας 110 ο C. Ζυγός ακριβείας 0,001g. Τρόπος εργασίας Λαμβάνεται ποσότητα εδάφους περίπου 20g από μέρος του υλικού που έχει αναμειχθεί καλά, του διερχόμενου από το κόσκινο Νο.40. Τοποθετείται το έδαφος, που έχει ξηρανθεί στον αέρα, μέσα σε κάψα από πορσελάνη και αναμειγνύεται καλά με απεσταγμένο νερό, μέχρι που η μάζα καταστεί αρκετά πλαστική ώστε να μορφώνεται εύκολα σε βώλο. Σαν δείγμα δοκιμής λαμβάνετια μέρος του βώλου αυτού, βάρους περίπου 8g. [68]

74 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού Συμπιέζεται και μορφώνεται το δείγμα δοκιμής των 8g σε μάζα ελλειψοειδούς σχήματος. Η μάζα αυτή κυλινδρώνεται μεταξύ των δακτύλων και της σμυριδωμένης γύαλινης πλάκας (ή του χαρτιού), με την ακριβώς απαιτούμενη πίεση ώστε να κυλινδρωθεί η μάζα σε ραβδίσκο ομοιόμορφης διαμέτρου σε όλο το μήκος του. Ο αριθμός κυλινδρώσεως πρέπει να είναι μεταξύ κινήσεων ανά λεπτό, υπολογιζόμενης της κινήσεως σαν μια πλήρη κίνηση του χεριού προς τα εμπρός και προς τα πίσω στη θέση εκκινήσεως. Όταν η διάμετρος του ραβδίσκου καταστεί 3mm, ο ραβδίσκος θραύεται ξανά σε έξι ή οχτώ κομμάτια. Συμπιέζονται τα κομμάτια μαζί μεταξύ των δακτύλων και των αντιχείρων και των δύο χεριών προς ομοιόμορφη μάζα, χονδρικά ελλειψοειδούς σχήματος και επαναλαμβάνεται η κυλίνδρωση. Η εναλλαγή συνεχίζεται με κυλίνδρωση σε ραβδίσκο 3 διαμέτρου mm, με συλλογή (συνένωση). Με αναζύμωση και επανακυλίνδρωση, μέχρι που ο ραβδίσκος θρυμματιστεί με την απαιτούμενη για την κυλίνδρωση πίεση, και το έδαφος δεν μπορεί πλέον να κυλινδρωθεί σε ραβδίσκο. Ο θρυμματισμός μπορεί να προέλθει όταν ο ραβδίσκος έχει διάμετρο μεγαλύτερη από 3 mm. Αυτό πρέπει να θεωρηθεί ικανοποιητικό σημείο περατώσεως, με τον όρο ότι το έδαφος κυλινδρώθηκε προηγουμένως σε ραβδίσκο διαμέτρου 3 mm. Συγγεντρώνονται μαζί τα μέρη του θραυσθένοτς εδάφους και τοποθετούνται μέσα σε κατάλληλο προζυγισμένο υποδοχέα. Ο υποδοχέας με το έδαφος ζυγίζεται και καταγράφεται το βάρος. Το έδαφος που είναι μέσα στον υποδοχέα, ξηραινεταί σε κλίβανο μέχρι σταθερού βάρους, σε θερμοκρασία 110 ο C και ζυγίζεται. Το βάρος αυτό καταγράφεται. Η απώλεια βάρους αναφέρεται στο βάρος ύδατος. Ο προσδιορισμός του ορίου υδαρότητας προκύπτει σαν ο μέσος όρος τριών δοκιμών. Το όριο πλαστιμότητας υπολογίζεται σαν το ποσοστό επί τοις εκατό (%) του νερού, κατά βάρος, που περιέχεται στους ραβδίσκους των 3 mm που ξηράνθηκαν στον κλίβανο μέχρι του ξερού βάρους, ως εξής: Όριο πλαστιμότητας = ά ύ 100 ά ά ά ί Στο εργαστήριο εδαφομηχανικής έγιναν οι απαραίτητες παραπάνω δοκιμές για τον προσδιορισμό των ορίων Atterberg και τον προσδιορισμό του καολινλιτη πάνω στο χάρτη πλαστιμότητας Casagrande. Τα όρια Atterberg για τον καολινίτη συνοψίζονται στον παρακάτω πίνακα : Όριο υδαρότητας LL Όριο πλαστιμότητας PL Δείκτης πλαστιμότητας PI 47% 35% 12% Πίνακας Όρια Atterberg για τον καολινίτη [69]

75 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού Τα όρια Atterberg διαφέρουν για τα διάφορα είδη καολινιτών και μπορεί να έχουν μεγάλες αποκλίσεις. Επίσης λόγω της αργιλικής φύσης του καολινίτη τα όρια Atterberg και γενικά τα ποσοστά υγρασίας μπορούν να επηρεάσουν πολύ τις μηχανικές του ιδιότητες. 3.4 ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΥΛΙΚΟΥ ΣΤΟΝ ΧΑΡΤΗ ΠΛΑΣΤΙΜΟΤΗΤΑΣ CASAGRANDE Ο ακριβής τύπος του εκάστοτε εδάφους προσδιορίζεται με βάση τα όρια Atterberg μέσω του Χάρτη Πλαστιμότητας του Casagrande. Η γραμμή-α έχει εξίσωση: Ιp= 0,73 (wl 20) και χωρίζει τις ιλείς από τις αργίλους. Ενώ η κάθετη ευθεία που αντιστοιχεί σε ποσοστό ορίου υδαρότητος 50% διαχωρίζει τα υλικά με βάση την πλαστιμότητα συμπιεστότητά τους. Με βάση τα παραπάνω όρια τοποθετόντας τον καολινίτη πάνω στο χάρτη πλαστιμότητας Casagrande (Σχήμα 3.4.1) φαίνεται οτι βρίσκεται χαμηλότερα από την γραμμή Α στην περιοχή ML-ΟL, δηλαδή στην περιοχή των ιλύων. Ωστόσο αυτό συμβαίνει λόγω του πολύ χαμηλού δείκτη πλαστιμότητας του συγκεκριμένου καολινίτη. Από την κοκκομετρία του υλικού, όπως θα δούμε στο Κεφάλαιο 3.5, καθίσταται προφανές πως πρόκειται για καθαρά αργιλικό υλικό με χαμηλό ποσοστό ιλύων. Σχήμα Θέση του καολινίτη πάνω στο χάρτη πλαστικότητας Casagrande [70]

76 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού 3.5 ΚΟΚΚΟΜΕΤΡΙΚΗ ΔΙΑΒΑΘΜΙΣΗ ΜΕ ΑΡΑΙΟΜΕΤΡΟ Ύστερα από κοκκομετρική ανάλυση με αραιόμετρο διαπιστώθηκε η κατανομή του μεγέθους των κόκκων του υλικού, όπως παρουσιάζεται στο παρακάτω διάγραμμα. Κατά την δοκιμή δεν χρησιμοποιήθηκαν αντιθρομβοτικοί παράγοντες όπως στα αντίστοιχα πειράματα με αμμοϊλύες, επειδή όταν χρησιμοποιήθηκε διάλυμα NaCO3 δημιουργήθηκαν συσσωματώματα καθώς επηρεάστηκαν οι δεσμοί μεταξύ των πλακιδιων καολινίτη. Ο πλήρης διαχωρισμός των πλακιδίων βασίστηκε αποκλειστικά σε πολύ καλή ανάδευση. Σχήμα Κοκκομετρική καμπύλη με αραιόμετρο για καολινίτη Όπως φαίνεται από την παραπάνω κοκκομετρική καμπύλη στο Διάγραμμα περίπου το 72 % του υλικού έχει διάμετρο κόκκων μικρότερη από 0,002 mm, δηλαδή το μεγαλύτερο ποσοστό του υλικού (72%) είναι αργιλικό ενώ ένα 27 % ανήκει στο φάσμα της ιλύος. Tο Σχήμα παρουσιάζει τις κοκκομετρικές καμπύλες για τέσσερα διαφορετικά είδη καολινίτη. Παρατηρούμε ότι καθε είδος καολινίτη έχει αρκετά διαφορετική κοκκομετρία, ωστόσο και τα τέσσερα είδη διαθέτουν ποσοστό σε αργιλικά σωματίδια [71]

77 Εργαστηριακές δοκιμές για τον προσδιορισμό των φυσικών χαρακτηριστικών του εδαφικού υλικού μεγαλύτερο από 60%. Παρατίθεται επίσης για σύγκριση η κοκκομετική καμπύλη του καολινίτη της συγκεκριμένης διπλωματικής. Σχήμα Κοκκομετρικές καμπύλες για 4 διαφορετικούς καολινίτες (Πηγή: Xin Kang et al. 2014) [72]

78 Δοκιμές συμπιεσόμετρου 4 ΔΟΚΙΜΕΣ ΣΥΜΠΙΕΣΟΜΕΤΡΟΥ 4.1 ΑΡΧΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΤΟΥ ΣΥΜΠΙΕΣΟΜΕΤΡΟΥ Η εργαστηριακή δοκιμή του συμπιεσομέτρου για την μελέτη της συμπιεστότητας των εδαφών πραγματοποιείται σε μία συσκευή που ονομάζεται συμπιεσόμετρο ή οιδήμετρο. Η δοκιμή αυτή αποτελεί μία απ τις πιο συνηθισμένες δοκιμές στα εργαστήρια εδαφομηχανικής λόγω των εκτεταμένων πρακτικών εφαρμογών της και της εκτέλεσής της με σχετικά απλές διαδικασίες. Προσομοιώνει την κατάσταση ενός εδαφικού υλικού υπό συνθήκες μονοδιάστατης παραμόρφωσης, δηλαδή την επιβολή ορθής παραμόρφωσης κατά τον κατακόρυφο άξονα με ταυτόχρονη παρεμπόδιση των ορθών παραμορφώσεων στους οριζόντιους άξονες, καθώς και όλων των διατμητικών παραμορφώσεων (εzz 0, εxx = εyy = γxy = γxz = γyz = 0). Κατά τη δοκιμή του συμπιεσόμετρου επιβάλλεται στο δοκίμιο φόρτιση κατά τον κατακόρυφο άξονα με διαδοχικά βήματα αύξησης της τιμής του φορτίου, ανά συγκεκριμένα σταθερά χρονικά διαστήματα. Η ελεύθερη στράγγιση του δοκιμίου εξασφαλίζεται από την πάνω και την κάτω επιφάνειά του, καθώς εκεί τοποθετούνται πορώδεις δίσκοι κατάλληλου μεγέθους. Η παρεμπόδιση της παραμόρφωσης του δοκιμίου κατά την οριζόντια διεύθυνση εξασφαλίζεται μέσω του απαραμόρφωτου, άκαμπτου μεταλλικού δακτυλίου που το περιβάλλει. Δεδομένου ότι η στράγγιση του δοκιμίου επιτρέπεται μόνο κατά την κατακόρυφη διεύθυνση και ότι τόσο το νερό των πόρων όσο και οι κόκκοι του εδάφους θεωρούνται ασυμπίεστοι, η όποια μεταβολή του όγκου κατά τη στερεοποίηση του δείγματος ισούται με την καθίζηση του δείγματος. Συνεπώς: V V Επιπλέον, η σχέση που συνδέει τις οριζόντιες με τις κατακόρυφες τάσεις είναι: σ h = Ko σ ν όπου Κo ο συντελεστής ουδέτερης ώθησης, ο οποίος δεν είναι σταθερός για ένα συγκεκριμένο έδαφος αλλά ποικίλει με τον λόγο υπερστερεοποίησης. Για κανονικά στερεοποιημένες αργίλους η τιμή του Κo είναι περίπου 0,7, ενώ για έντονα υπερστερεοποιημένους αργίλους μπορεί να είναι και μεγαλύτερη της μονάδας. Ο πιο συνήθης τρόπος για να υπολoγιστεί το Κo είναι σύμφωνα με το Jaky: Κo = 1 sinφ (όπου φ η γωνία τριβής). Με την παραδοχή της γραμμικής ισότροπης ελαστικής συμπεριφοράς του εδάφους ο συντελεστής πλευρικών ωθήσεων μπορεί να προσδιοριστεί από την σχέση: Κο = 1 [73]

79 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Τα αποτελέσματα της μονοδιάστατης συμπίεσης μπορούν να παρουσιασθούν σε διάγραμμα lnp ' - v, όπου η μέση ενεργός τάση p ' συνδέεται με την κατακόρυφη σ'v και την οριζόντια σ'h ενεργό τάση, οι οποίες θεωρούνται κύριες τάσεις, μέσω της σχέσης: 2 ' 2 ' p' u o Μπορούν επίσης να παρουσιαστούν σε διάγραμμα lnσ ν ν, από το οποίο προκύπρουν και οι σταθερές συμπιεστότητας. Εικόνα Κατακόρυφη τομή της εργαστηριακής διάταξης της δοκιμής συμπιεσόμετρου (Πηγή: Καββαδάς, 2007) 4.2 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Οι δοκιμές πραγματοποιήθηκαν στις συσκευές Wykham Farrance international model και Matest S260 στο εργαστήριο Εδαφομηχανικής της σχολής Πολιτικών Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Τα δοκίμια που χρησιμοποιήθηκαν δημιουργήθηκαν από αναζυμωμένο καολινίτη. Παρασκευάστηκαν με ανάμειξη του υλικού με απεσταγμένο νερό. Το φυσικό υλικό αναμείχθηκε με νερό ώστε να επιτευχθούν σχετικές υγρασίες περίπου 1,4 έως 1,5 WLL, όπου WLL το όριο υδαρότητας. Η υγρασία αυτή επιλέχθηκε σύμφωνα με τον Burland ο οποίος στα πειράματα του χρησιμοποίησε αναζυμωμένα υλικά με υγρασίες απο 1 WLL έως 1,5 WLL. Στη συνέχεια το υλικό τοποθετείται στο μεταλλικό δακτύλιο μέσα στην κυψέλη της συσκευής με προσοχή ώστε να μην παγιδευτούν φυσαλίδες αέρα μέσα στο δοκίμιο. Προκειμένου να διαφύγει ο πιθανά παγιδευμένος αέρας υποβάλουμε την κυψέλη σε [74]

80 Δοκιμές συμπιεσόμετρου μικροδονήσεις μέχρι να σταματήσουν να εμφανίζονται φυσαλίδες στην επιφάνειά του υλικού. Πάνω και κάτω από το δοκίμιο τοποθετούνται δύο πορώδεις δίσκοι (πορόλιθοι). Οι πορόλιθοι βρίσκονται ήδη εμβαπτισμένοι σε απεσταγμένο νερό ώστε τα κενά πόρων να ειναι κορεσμένα με νερό και να μην αποροφήσουν υγρασία από το δοκίμιο. Ο κάτω πορόλιθος εφαρμόζει πάνω στην κυψέλη και ο πάνω ανάλογα με την κυψέλη, είτε είναι βιδωμένος στο μεταλλικό τμήμα (top cup), μέσω του οποίου επιβάλλεται το φορτίο, είτε είναι μεμονωμένος και τοποθετείται κάτω από το top cup. Έτσι εξασφαλίζεται η πλήρης πάνω και κάτω στράγγιση του δοκιμίου χωρίς να υπάρχει απώλεια εδαφικού υλικού. Στη συνέχεια τοποθετείται το μεταλλικό τμήμα (top cup) πάνω στο δοκίμιο και ρυθμίζεται κατάλληλα η συσκευή ώστε να εξαλειφθούν οι διαφορικές καθιζίσεις και οι μετρήσεις του μηκυνσιομέτρου για τα διάφορα φορτία να είναι έγκυρες. Το top cup έχει υπολογίσιμο βάρος και προκαλεί σημαντική καθίζηση στο δοκίμιο που βρίσκεται σε υδαρή κατάσταση. Έτσι μετά την τοποθέτηση του γίνεται καταγραφή της ένδειξης του μηκυνσιομέτρου και υπολογίζεται το νέο ύψος του δοκιμίου. Παράλληλα πρέπει να ρυθμιστεί ο βραχίονας της συσκευής ώστε να έχει επαρκές εύρος κίνησης στην αρχή του πειράματος ώστε να μη χρειαστεί η διακοπή του εξαιτίας περιορισμού στη μετακίνηση του βραχίονα. Τέλος όταν όλα έχουν ρυθμιστεί κατάλληλα, η κυψέλη πληρώνεται με νερό και παραμένει έτσι ώστε το δοκίμιο να διατηρείται κορεσμένο καθ όλη τη διάρκεια του πειράματος. Εικόνα Υλικό σε υδαρή κατάσταση στην κυψέλη συμπιεσομέτρου Ακολουθεί η διαδικασία φόρτισης του δοκιμίου. Επείδη το δοκίμιο βρίσκεται σε υδαρη κατάσταση όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, προηγήθηκε μία μικρή φόρτιση με το βάρος του πορόλιθου και του μεταλλικού καλύμματος (top cup), η οποία έγινε με ιδιαίτερη προσοχή ώστε να μη διαφύγει το υλικό από τα όρια κυψέλης - πορόλιθου. Έπειτα ακολουθεί η τυπική σειρά φορτίσεων η οποία περιλαμβάνει τα [75]

81 Δοκιμές συμπιεσόμετρου παρακάτω βάρη: 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 8.0, 16, 32, 64, 128, 256 (kg) για τη συσκευή WF και 0.5, 1.0, 2.0, 4.0, 8.0, 16, 32, 64, 128 (kg) για τη συσκευή Matest. Κάθε φορτίο παραμένει αμετάβλητο για αρκετό χρονικό διάστημα ώστε να ολοκληρωθεί η στερεοποίηση. Οι 24 ώρες είναι μία συνήθης διάρκεια διατήρησης της ίδιας φόρτισης. Οι συντελεστές στερεοποίησης δεν πρόκειται να μελέτηθούν στα πλαίσια της συγκεκριμένης διπλωματικής εργασίας επομένως δεν έγιναν καταγραφές στις πρώτες δύο ώρες των πειραμάτων. Στη συνέχεια ακολουθεί η διαδικασία της αποφόρτισης. Η διαδικασία της αποφόρτισης γίνεται και αυτή σε στάδια αντίστροφα ακριβώς από αυτά της φόρτισης. Κάποια από αυτά είναι δυνατόν να παραλειφθούν, δηλαδή να γίνουν λιγότερες αποφορτίσεις στο δοκίμιο. Μετά την απομάκρυνση και του τελευταίου φορτίου, η κυψέλη αποσυναρμολογείται και το δοκίμιο εξάγεται από τον δακτύλιο. Σε όλη τη διάρκεια της διαδικασίας λαμβάνονται μετρήσεις και εξάγονται τα παρακάτω αποτελέσματα: Πριν από την έναρξη του πειράματος μετρούμε τις αρχικές διαστάσεις του δοκιμίου (διάμετρος, ύψος και βάρος του δοκιμίου). Από το πολύ κοντινό υλικό που απομακρύνθηκε από το δοκίμιο κατά τη διάρκεια παρασκευής του, εξάγουμε τα αποτελέσματα για την αρχική υγρασία του δοκιμίου. Υποθέτοντας ότι το υλικό είναι πλήρως κορεσμένο μπορούμε να υπολογίσουμε τον αρχικό δείκτη πόρων (e0) του δοκιμίου μέσω της σχέσης: e0 = Gs * w0 ( όπου Gs είναι το ειδικό βάρος των κόκκων του υλικού και w0 το αρχικό ποσοστό περιεχόμενης υγρασίας ). Από τις μετρήσεις του μηκυνσιόμετρου που είναι τοποθετημένο στην κορυφή του μεταλλικού καλύμματος της κυψέλης παίρνουμε την πληροφορία για την κατακόρυφη μετακίνηση του δοκιμίου. Έτσι στο τέλος της στερεοποίησης σε κάθε φάση μπορούμε να υπολογίσουμε την ογκομετρική παραμόρφωση: Δεvol = Δεz = - ΔΗ / Ηο Γνωρίζοντας λοιπόν την ογκομετρική παραμόρφωση του δοκιμίου υπολογίζουμε τη μεταβολή του δείκτη πόρων Δe = - ( 1 + e0 ) * Δεvol και την αντίστοιχη τιμή του δείκτη πόρων σε κάθε φάση e = e0 Δe Έτσι πλέον είναι δυνατή η σχεδίαση του διαγράμματος φορτίου ( σ v ) δείκτη πόρων (e). [76]

82 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Μετά την ολοκλήρωση του πειράματος εξάγουμε το δοκίμιο από το δακτύλιο και μετά την ξήρανσή του στον κλίβανο του εργαστηρίου υπολογίζουμε την τελική του υγρασία. Έτσι ακολουθώντας την αντίστροφή πορεία υπολογισμού μπορούμε να επαληθεύσουμε τα αποτελέσματά μας, καθώς και την ορθότητα της τιμής του αρχικού δείκτη πόρων που έχουμε χρησιμοποιήσει. Παρακάτω παρατίθενται οι Πίνακες και με τις φορτίσεις που προκαλεί βάρος 1 kg στο εδαφικό δοκίμιο ανάλογα με τη συσκευή, τη θέση του μοχλοβραχίονα με τον οποίο συνδέεται το σύστημα φόρτισης ( οπή 1, 2, 3 ) και την πραγματική διάμετρο του δακτυλίου, καθώς και το μέγιστο φορτίο που μπορεί να επιβάλει η κάθε συσκευή. Wykeham Farrance W=1kG 2 η τρύπα 3 η τρύπα (g=9,81 m/sec 2 ) (1:9,82) (1:11,04) d=50mm E=19,635 cm 2 49,358 55,490 d=75mm E=44,179 cm 2 21,911 24,633 Μέγιστο φορτίο : 400 kg Πίνακας Τάσεις που εφαρμόζει η συσκευή WF για φόρτιση 1 kg Matest W=1kG 1 η τρύπα 2 η τρύπα 3 η τρύπα (g=9,81 m/sec 2 ) (1:9) (1:10) (1:11) d=50mm E=19,635 cm 2 d=70mm E=38,485 cm 2 44,966 22,942 49,962 25,401 54,958 28,04 d=75mm E=44,179 cm 2 19,985 22,205 24,426 Μέγιστο φορτίο : 165 kg Wμεταλλικού πλαισίου : 1800 kg Πίνακας Τάσεις που εφαρμόζει η συσκευή Matest S260 για φόρτιση 1 kg [77]

83 ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Δοκιμές συμπιεσόμετρου 4.3 ΟΚΙΜΕΣ ΣΥΜΜΟΡΦΩΣΗΣ ΓΙΑ ΤΑ ΣΥΜΠΙΕΣΟΜΕΤΡΑ MATEST S260 ΚΑΙ WF Κατά τη δοκιµή συµµόρφωσης τοποθετείται στη συσκευή συµπιεσοµέτρου µεταλλικό δοκίµιο αντι για εδαφικό και φορτίζεται µε την ίδια ακολουθία φορτίσεων που αντιστοιχεί στα εδαφικά δοκίµια. Η διαδικασία αυτή είναι απαραίτητη ώστε να ληφθεί υπόψιν η ελαστικότητα του πλαισίου και οι όποιες επιρροές της κάμψεως των επιφανειών φόρτισης. Έτσι το μέγεθος της παραμόρφωσης που θα μετράται κατά το πείραμα και θα οφείλεται στη συσκευή θα αφαιρείται από το ολικό. Ακολουθούν τα διαγράµµατα των δοκιµών συµµόρφωσης για κάθε συσκευή: Δοκιμή συμμόρφωσης WF ,25 0,2 0,15 0,1 0,05 φόρτιση αποφόρτιση φορτίο (kg) Σχήμα Αποτελέσµατα της δοκιµής συµµόρφωσης της συσκευής WF24255 [78]

84 ένδειξη μηκυνσιομέτρου (mm) Δοκιμές συμπιεσόμετρου Δοκιμή συμμόρφωσης Matest S260 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 φόρτιση αποφόρτιση φορτίο (kg) Σχήμα Αποτελέσµατα της δοκιµής συµµόρφωσης της συσκευής Matest S260 [79]

85 Δοκιμές συμπιεσόμετρου 4.4 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΔΟΚΙΜΩΝ ΣΥΜΠΙΕΣΟΜΕΤΡΟΥ Τα αποτελέσματα παρουσιάζονται ξεχωριστά για κάθε πείραμα σε διαγράμματα που έχουν στον κατακάρυφο άξονα το δείκτη πόρων ( e ) και στον οριζόντιο άξονα το λογάριθμο της κατακόρυφης ενεργού τάσης ( logσ ν ). Όπως αναφέρθηκε στο Κεφάλαιο 2.3 (αναζυμωμένα υλικά) οι καμπύλες μονοδιάστατης συμπίεσης μπορούν να κανονικοποιηθούν με τη χρήση του δείκτη κενών Ιν, ο οποίος προκύπτει από τη σχέση: Iν = e e* e* e* = e e C c * 100 * Ο αστερίσκος (*) αναφέρεται στις εγγενείς ιδιότητες, δηλαδή σε μετρήσεις που αφορούν το αναζυμωμένο υλικό, ενώ ο δείκτης του συμβόλου στο μέγεθος της κατακόρυφης ενεργού τάσης, δηλαδή: e*100: ο δείκτης κενών του αναζυμωμένου υλικού για σ ν=100 kpa e*1000: ο δείκτης κενών του αναζυμωμένου υλικού για σ ν=1000 kpa Έτσι για κάθε δοκιμή ακολουθούν τα κανονικοποιημένα διαγράμματα που έχουν στον κατακόρυφο άξονα το δείκτη κενών Ιν και στον οριζόντιο άξονα το λογάριθμο της κατακόρυφης ενεργού τάσης ( logσ ν ), ενώ ταυτόχρονα παρουσιάζεται και η θεωρητική καμπύλη του Burland(1990) που προκύπτει από τα αντίστοιχα αποτελέσματα. Στο τέλος παρουσιάζονατι όλες οι δοκιμές συγκεντρωμένες σε ένα διάγραμμα. Για κάθε δοκίμιο δίνεται η υγρασία του στην αρχή του πειράματος συναρτήσει του ορίου υδαρότητας WLL του υλικού. Τα τέσσερα δείγματα είχαν λίγο διαφορετικα ποσοστά υγρασίας που κυμαίνονταν από 1,4LL που αντιστοιχεί σε ποσοστό υγρασίας 66% έως 1,49LL που αντιστοιχεί σε 70,2% ποσοστό υγρασίας. Οι αρχικές τιμές δείκτη πόρων προσδιορίστηκαν μεσω της σχέσης el=wll*gs. Τα διαγράμματα στα παρακάτω σχήματα δείχνουν τις καμπύλες στερεοποίησης και αποφόρτισης για τις 4 δοκιμές συμπιεσόμετρου που πραγματοποιήθηκαν. [80]

86 Δείκτης κενών Ιν Δείκτης πόρων e Δοκιμές συμπιεσόμετρου 1,60 καολινίτης 5 slurry 1,4LL 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Ενεργός τάση σ' ν (kpa) Σχήμα Πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με αρχική υγρασία w o=1,4ll=66% 1,5 καολινίτης 5 slurry 1,4LL Iv (Burland) 1,0 0,5 0,0-0, ,0-1,5-2,0-2,5 Ενεργός τάση σ' ν (kpa) Σχήμα Κανονικοποιημένη πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με w o=1,4ll=66% και σύγκριση με τη θεωρητική του Burland [81]

87 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Σχήμα Πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με αρχική υγρασία w o=1,43ll=67% Σχήμα Κανονικοποιημένη πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με w o=1,43ll=67% και σύγκριση με τη θεωρητική του Burland [82]

88 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Σχήμα Πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με αρχική υγρασία w o=1,49ll=70,2% Σχήμα Κανονικοποιημένη πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με w o=1,49ll=70,2% και σύγκριση με τη θεωρητική του Burland [83]

89 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Σχήμα Πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με αρχική υγρασία w o=1,47ll=69,3% Σχήμα Κανονικοποιημένη πειραματική καμπύλη στερεοποίησης αναζυμωμένου δοκιμίου με w o=1,47ll=69,3% και σύγκριση με τη θεωρητική του Burland [84]

90 Iv e Δοκιμές συμπιεσόμετρου 2 1,8 1,6 1,4 kaolin 5 w=1,4ll kaolin 5 w=1,43ll kaolin WF (2) w=1,47ll kaolin matest (2) w=1,49ll 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, logσ v ' (kpa) Σχήμα Πειραματικές καμπύλες στερεοποίησης όλων των δοκιμών μονοδιάστατης στερεοποίησης που πραγματοποιήθηκαν 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0,5-1 -1,5-2 -2, logσ v ' (kpa) kaolin 5 w=1,4ll kaolin 5 w=1,43ll kaolin WF (2) w=1,47ll kaolin matest (2) w=1,49ll ICL Burland (1990) Σχήμα Πειραματικές καμπύλες στερεοποίησης όλων των δοκιμών μονοδιάστατης στερεοποίησης που πραγματοποιήθηκαν και σύγκριση με τη θεωρητική καμπύλη Burland [85]

91 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Τα διαγράμματα και προκύπτουν από το μέσο όρο των παραπάνω καμπυλών στερεοποίησης. Επιλέθηκε να ληφούν οι τιμές για φόρτιση μετά τα 10 kpa, καθώς οι προηγούμενες μετρήσεις αφενός επηρεάζονται από τα ποσοστά υγρασίας και αφετέρου από τη διαδικασία με την οποία πραγματοποιούμε τη δοκιμή σε υδαρή δείγματα. Σχήμα Μέση καμπύλη στερεοποίησης Σχήμα Κανονικοποιημένη μέση καμπύλη στερεοποίησης [86]

92 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Από τα αποτελέσματα των συμπιεσομέτρων παρατηρούμε ότι οι καμπύλες στερεοποίησης συντρέχουν με μικρή διασπορά και για τις τέσσερις δοκιμές το οποίο φαίνεται και όταν κανονικοποιούνται στο διάγραμμα με τον δείκτη κενών Ιν. Τα διαφορετικά σημεία αφετηρίας των καμπυλών στερεοποίησης στα διαγράμματα e- logσ ν οφείλονται στις μικρές διαφορές στην αρχική υγρασία των δειγμάτων καολινίτη. Όσο αυξάνεται όμως η ενεργός τάση οι καμπύλες φαίνεται να ταυτίζονται και δεν παρατηρείται παράλληλη μετάθεση, η οποία είναι χαρακτηριστικό συμπεριφοράς των άμμων. Σε όλες τις δοκιμές παρατηρούμε αλλαγή της κλίσης των κλάδων φόρτισης μετά τα πρώτα 10 KPa. Η αλλαγή αυτή οφείλεται στην διαδικασία διεξαγωγής της δοκιμής. Επειδή το υλικό βρίσκεται σε υδαρή κατάσταση όταν τοποθετείται στην κυψέλη του συμπιεσομέρρου, αρχικά φορτίζεται σταδιακά με μικρά βάρη για να μην υπάρξει διαφυγή υλικού από τα όρια πορόλιθου-κυψέλης. Δηλαδή, η διαφορά στην κλίση οφείλεται στους διαφορετικούς ρυθμούς φόρτισης. Παρατηρούμε ακόμα ότι οι καμπύλες στερεοποίησης δεν είναι ευθείες γραμμές όπως θα περιμέναμε από μία αναζυμωμένη άργιλο σύμφωνα με τον Burland. Αυτό φαίνεται περισσότερο στα κανονικοποιημένα διαγράμματα δείκτη κενών Ιν όπου οι καμπύλες συγκρίνονται με τη θεωρητική του Burland. Οι κλάδοι φόρτισης του υλικού παρουσιάζουν ήπια καμπυλότητα με τα κοίλα προς τα κάτω. Έτσι οι καμπύλες ξεκινούν και καταλήγουν κάτω από τη θεωρητική καμπύλη Burland, ενώ την ξεπερνούν για ενεργό κατακόρυφη τάση από 100 kpa έως 1000 kpa. Η καμπύλωση αυτή είναι πιθανό να οφείλεται στο πολύ χαμηλό όριο πλαστιμότητας του συγκεκριμένου καολινίτη,που πλησιάζει αυτό της μάργας. Παρατηρούμε επίσης πως ο κλάδος αποφόρτισης έχει μεγάλη σχετικά κλίση, χαρακτηριστικό της ελαστικότητας του υλικού. Σχήμα Καμπύλες στερεοποίησης αναζυμωμένου καολινίτη (Πηγή: Shipton, Coop) [87]

93 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Στο Σχήμα φαίνονται οι καμπύλες στερεοποίησης για έναν αναζύμωμένο καολινίτη σύμφωνα με τους Shipton και Coop. Σε αντίθεση με τον καολινίτη αυτής της διπλωματικής εργασίας, οι ευθύγραμμοι κλάδοι φόρτισης του Σχήματος δείχνουν την αργιλική συμπεριφορά του υλικού. Στον Πίνακα συγκεντρώνονται τα εγγενή χαρακτηριστικά του υλικού όπως προέκυψαν από τις 4 δοκιμές συμπιεσομέτρου. Οι τιμές του δείκτη πόρων στα 100 kpa και στα 1000 kpa (e100 * και e1000 * ) υπολογίστηκαν με γραμμική παρεμβολή των κοντινών τιμών δείκτη πόρων και ενεργού τάσης. Οι σταθερές συμπιεστότητας όπως προέκυψαν από τις τέσσερις δοκιμές συμπιεσομέτρου δίνονται στον Πίνακα Ο μέσος όρος αυτών των τιμών υπολογίστηκε Cc * =0,314 και Cs * =0,172. Η υψηλή τιμή του Cs * επιβεβαιώνει την μεγάλη κλίση του κλάδου αποφόρτισης που παρατηρήσαμε στα παραπάνω διαγράμματα. α/α δοκιμής Αρχική υγρασία e 100 * e 1000 * C c * C s * 1 66% 1,154 0,876 0,277 0, % 1,141 0,830 0,311 0, ,2% 1,205 0,831 0,374 0, ,3% 1,222 0,930 0,292 0,147 Μέσος όρος : 1,181 0,867 0,314 0,172 Πίνακας Δοκιμές συμπιεσομέτρου που πραγματοποιήθηκαν Ο Burland εισήγαγε μία μέθοδο συσχέτισης των σταθερών εγγενούς συμπιεστότητας Cc και e100 και των ορίων Atterberg με βάση τα πινακοποιημένα αποτελέσματα δοκιμών μονοδιάστατης στερεοποίησης σε μεγάλο πλήθος αναζυμωμένων υλικών. Παρακάτω παρουσιάζονται τα διαγράμματα στα οποία κατέληξε ο Burland, καθώς και η θέση του καολινίτη πάνω σε αυτά. [88]

94 Δοκιμές συμπιεσόμετρου Σχήμα Καμπύλη συσχέτισης e * 100 και e L και θέση καολινίτη (Πηγή: Burland, 1990) Σχήμα Καμπύλη συσχέτισης C * c και e L και θέση καολινίτη (Πηγή: Burland, 1990) Το Σχήμα δείχνει τη σχέση του δείκτη πόρων του αναζυμωμένου υλικού για ενεργό τάση σ ν = 100 kpa (e*100) με το δείκτη πόρων του υλικού που αντιστοιχεί στο όριο υδαρότητας και υπολογίζεται από τη σχέση el=wll*gs, ενώ στο Σχήμα παρουσιάζεται η συσχέτιση του δείκτη συμπιεστότητας C*c με το el. Με στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων κατέληξε στις εξής σχέσεις : [89]

95 Δοκιμές συμπιεσόμετρου e*100=0,109+0,679el-0,089el 2 +0,016eL 3 C*c=0,256eL-0,04 όπου el ο δείκτης πόρων του εδαφικού υλικού για υγρασία ίση με το όριο υδαρότητας. Οι σχέσεις αυτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τιμές του el μεταξύ 0,6 και 4,5. Επίσης έχει διαπιστωθεί ότι για εδαφικά υλικά που βρίσκονται κάτω από τη γραμμή Α του χάρτη Casagrande οι σχέσεις αυτές μπορεί να δώσουν ανακριβή αποτελέσματα. Το όριο υδαρότητας του καολίνη έχει υπολογιστεί WLL=47%, το οποίο αντιστοιχεί σε el=1,227 και άρα από τις παραπάνω σχέσεις προκύπτει e*100=0,838 και C*c=0,274. Οι τιμές αυτές είναι μικρότερες από αυτές που υπολογίσαμε πειραματικά (e*100=1,181 και C*c=0,314), αλλά βρίσκονται στα όρια της διασποράς των πειραματικών δεδομένων στα διαγράμματα του Burland. Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι το υλικό μας βρίσκεται χαμηλότερα από τη γραμμή Α στο χάρτη πλασιμότητας και όπως προαναφέρθηκε οι τιμές των εξισώσεων μπορεί να είναι ανακριβείς για τα υλικά που βρίσκοντα κάτω από την γραμμή Α. [90]

96 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή 5 ΔΟΚΙΜΕΣ ΣΤΗΝ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗ ΣΥΣΚΕΥΗ Εικόνα Τριαξονική συσκευή εργαστηρίου εδαφομηχανικής ΕΜΠ [91]

97 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή 5.1 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΗΣ ΣΥΣΚΕΥΗΣ Στο σχήμα παρουσιάζεται μια τυπική διάταξη της κυψέλης κυλινδρικής τριαξονικής φόρτισης: Εικόνα Συσκευή τριαξονικής συμπίεσης (Πηγή: Καββαδάς, 2007) Το κυλινδρικό εδαφικό δοκίμιο περιβάλλεται με μια αδιαπέρατη ελαστική μεμβράνη, ενώ στη βάση και στην κεφαλή του είναι τοποθετημένοι άκαμπτοι πορώδεις δίσκοι. Το δοκίμιο τοποθετείται στο εσωτερικό μιας κυλινδρικής κυψέλης, η οποία στη συνέχεια πληρώνεται με νερό που μπορεί να τεθεί υπό ελεγχόμενη πίεση. Τέλος, το έμβολο στο κέντρο της κυψέλης μπορεί να κινηθεί στην κατακόρυφη διεύθυνση και να συμπιέσει το δοκίμιο, αν του επιβληθεί μια κατάλληλη εξωτερική φόρτιση. Αν z είναι ο κατακόρυφος άξονας συστήματος, στο κυλινδρικό εδαφικό δοκίμιο μπορεί να επιβληθεί η εξής εντατική κατάσταση: Στην περιφέρεια του δοκιμίου ασκείται η πίεση του νερού της κυψέλης (ορθή τάση), δηλαδή σ x = σ y = σ c, όπου σ c είναι η πίεση του νερού της κυψέλης. Η εξωτερική δύναμη που ασκείται στο έμβολο (αλλά και η πίεση του νερού της κυψέλης, η οποία εφαρμόζεται και στην κεφαλή του δοκίμιου) επιβάλλουν στο δοκίμιο μια κατακόρυφη ορθή τάση σ z (σ z σ c ). Σύμφωνα με τα παραπάνω, υπό ορισμένες προϋποθέσεις (κατακόρυφος προσανατολισμός του δοκιμίου, κεντρική εφαρμογή του αξονικού φορτίου, [92]

98 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή περιορισμένη τριβή μεταξύ δοκιμίου και πορωδών δίσκων και τέλος, αρχικώς ισότροπη συμπεριφορά του εδαφικού δείγματος ή τουλάχιστον ανισότροπη με τους κύριους άξονες ανισοτροπίας παράλληλους με τους άξονες του δοκιμίου), η εντατική κατάσταση στο δοκίμιο είναι ομοιόμορφη και αξονοσυμμετρική και οι κύριοι άξονες των τάσεων (αλλά και των παραμορφώσεων) είναι παράλληλοι με τους άξονες του δοκιμίου. Επιπλέον, οι συνθήκες φόρτισης στο έμβολο είναι τέτοιες, ώστε η μέγιστη κύρια τάση (σ1 ) να είναι κατακόρυφη (δηλαδή ασκείται σε οριζόντιο επίπεδο), ενώ οι δύο άλλες κύριες τάσεις είναι ίσες μεταξύ τους (σ 2 = σ 3 ) και ασκούνται σε κατακόρυφα επίπεδα. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό της δοκιμής της κυλινδρικής τριαξονικής φόρτισης είναι ο έλεγχος της στράγγισης και της υδατικής πίεσης στο εσωτερικό του δοκιμίου. Στο Σχήμα παραπάνω φαίνεται ο αγωγός που συνδέει τον πορώδη δίσκο στη βάση του δοκιμίου διαμέσου της βάσης της κυψέλης με τον εξωτερικό χώρο (αγωγός στράγγισης). Ο αγωγός αυτός μπορεί να συνδεθεί με ένα σύστημα επιβολής πίεσης, οπότε η υδατική πίεση στο εσωτερικό του δοκιμίου (πίεση πόρων) μπορεί να ελέγχεται. Σε ορισμένες περιπτώσεις ο αγωγός στράγγισης επικοινωνεί ελεύθερα με τον εξωτερικό χώρο χωρίς την παρεμβολή ειδικού συστήματος επιβολής υδατικής πίεσης. Και στην περίπτωση, όμως, αυτή η πίεση στο σύστημα στράγγισης ελέγχεται, δεδομένου ότι στην ουσία διατηρείται σταθερή και ίση με την ατμοσφαιρική πίεση. Τέλος, η κεφαλή του δοκιμίου μπορεί επίσης να συνδεθεί με σύστημα επιβολής πίεσης διαμέσου κατάλληλου εύκαμπτου σωληνίσκου, οπότε και η υδατική πίεση στην κεφαλή του δοκιμίου ελέγχεται είτε ανεξάρτητα είτε με το ίδιο σύστημα που ελέγχει την πίεση πόρων στη βάση του δοκιμίου. Ειδικότερα: Εάν η βαλβίδα στράγγισης που επιτρέπει την επικοινωνία του εσωτερικού του δοκιμίου με το σύστημα ελέγχου της πίεσης πόρων είναι κλειστή, παρεμποδίζεται η διαφυγή νερού από το εσωτερικό του δοκιμίου (ή η εισρόφηση νερού από το δοκίμιο), οπότε η παραμόρφωση του εδάφους γίνεται υπό σταθερό όγκο. Ο τύπος αυτός της φόρτισης ονομάζεται αστράγγιστη φόρτιση ή φόρτιση υπό αστράγγιστες συνθήκες, επειδή η στράγγιση του δοκιμίου παρεμποδίζεται. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, εφόσον κατά τη δοκιμή παρεμποδίζεται η στράγγιση του δοκιμίου, η υδατική πίεση πόρων στο εσωτερικό του δοκιμίου μεταβάλλεται ώστε να ικανοποιηθεί η συνθήκη της μή-μεταβολής του όγκου. Ο αγωγός στράγγισης συνήθως συνδέεται με ένα καταγραφέα της υδατικής πίεσης (pore pressure transducer), με τον οποίο μετράται η μεταβαλλόμενη υδατική πίεση στο εσωτερικό του δοκιμίου. Η μέτρηση της υδατικής πίεσης είναι απαραίτητη για τον υπολογισμό των ενεργών τάσεων του δοκιμίου (σ i = σ i u ) από τις οποίες, ως γνωστόν, εξαρτάται η διατμητική αντοχή. Εάν η βαλβίδα στράγγισης διατηρείται ανοικτή, το σύστημα επιβολής της υδατικής πίεσης βρίσκεται σε ελεύθερη επικοινωνία με το εσωτερικό του δοκιμίου και έτσι μπορεί να διατηρεί οποιαδήποτε σταθερή πίεση στο εσωτερικό του δοκιμίου. Ο μόνος περιορισμός (εκτός προφανώς από τους περιορισμούς μηχανικής αντοχής των υλικών του συστήματος κυψέλης, αγωγών κλπ.) είναι ότι η επιβαλλόμενη υδατική πίεση στο εσωτερικό του [93]

99 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή δοκιμίου πρέπει να είναι μικρότερη από την πίεση του νερού της κυψέλης (σ c ), αλλιώς η ελαστική μεμβράνη που περιβάλλει το δοκίμιο θα φουσκώσει, επειδή στο εσωτερικό της επιβάλλεται πίεση μεγαλύτερη απ' ότι στο εξωτερικό της. Στην περίπτωση επιβολής σταθερής υδατικής πίεσης στη βάση (ή/και την κεφαλή) του δοκιμίου, η διαφυγή νερού από το δοκίμιο ή η είσοδος νερού στο δοκίμιο διαμέσου του αγωγού στράγγισης δεν παρεμποδίζονται. Ειδικότερα, αν κατά τη φόρτιση του δοκιμίου το εδαφικό υλικό τείνει να συμπιεσθεί (δηλαδή να μειωθεί ο όγκος του), εφόσον το δοκίμιο είναι κορεσμένο, η μείωση του όγκου θα συνοδευθεί από τη διαφυγή ίσου όγκου νερού των πόρων διαμέσου του αγωγού στράγγισης προς τον εξωτερικό χώρο. Στην περίπτωση που η φόρτιση είναι αρκετά ταχεία και δεν διατίθεται επαρκής χρόνος για τη διαφυγή του νερού των πόρων, οι υδατικές πιέσεις στο εσωτερικό του δοκιμίου θα αυξηθούν, με συνέπεια η στράγγιση του δοκιμίου να μην είναι πλήρης. Αν, αντίθετα, κατά τη φόρτιση του δοκιμίου το εδαφικό υλικό τείνει να διογκωθεί (δηλαδή να αυξηθεί ο όγκος του), τότε το δοκίμιο θα εισροφήσει νερό από τον εξωτερικό χώρο διαμέσου του αγωγού στράγγισης. Και στην περίπτωση αυτή, αν η φόρτιση είναι αρκετά ταχεία, θα δημιουργηθούν υποπιέσεις στο εσωτερικό του δοκιμίου με συνέπεια την ανεπαρκή εισρόφηση νερού. Όταν η φόρτιση του δοκιμίου είναι αρκετά αργή, ώστε σε όλη τη διάρκεια της δοκιμής η πίεση πόρων στο εσωτερικό του δοκιμίου να είναι ίση με την εξωτερικώς επιβαλλόμενη στη βάση (ή/και την κεφαλή) του δοκιμίου, η φόρτιση ονομάζεται πλήρως στραγγισμένη. Σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις η μεταβολή του όγκου του δοκιμίου ισούται με τον όγκο του νερού που διαφεύγει ή εισρέει στο δοκίμιο, εφόσον το δοκίμιο είναι πλήρως κορεσμένο. Η μεταβολή του όγκου του δοκιμίου μετράται με κατάλληλο σύστημα συνδεδεμένο με τον αγωγό στράγγισης του δοκιμίου. Συνοψίζοντας, τα συστήματα ελέγχου της δοκιμής κυλινδρικής τριαξονικής φόρτισης είναι : 1. Το σύστημα επιβολής της πλευρικής πίεσης ή πίεσης κυψέλης (σ c ). 2. Το σύστημα επιβολής της υδατικής πίεσης πόρων ή αντιπίεσης πόρων (u ) στο εσωτερικό του δοκιμίου καθώς και το σύστημα μέτρησης της μεταβολής του όγκου του δοκιμίου με τη μέτρηση του όγκου (ΔV ) του νερού που εισρέει στο δοκίμιο ή διαφεύγει από αυτό. 3. Το σύστημα επιβολής φόρτισης στο κατακόρυφο έμβολο που επιβάλλει είτε συγκεκριμένο φορτίο είτε συγκεκριμένη μετακίνηση. Κατά τη φόρτιση μετράται η μετακίνηση του εμβόλου, που ισούται με τη μεταβολή του μήκους του δοκιμίου, καθώς και το φορτίο του εμβόλου. [94]

100 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή 5.2 ΥΛΙΚΟ ΔΟΚΙΜΩΝ Στην παρούσα εργασία το υλικό καολινίτης αναμείχθηκε με απεσταγμένο νερο και το αρχικό ποσοστό υγρασίας διαμορφώθηκε γύρω από την τιμή 1.4 wl. Σύμφωνα με τον Burland η τιμή αυτή για τα αναζυμωμένα υλικά πρέπει να κυμαίνεται μεταξύ wl και 1,5 wl, όπως είδαμε στο Κεφάλαιο 2.3. Με διαδοχικές αναμείξεις εξασφαλίζεται ότι το υλικό είναι ομοιογενές και έχει την ίδια υγρασία σε όλα τα σημεία του. Μετά την παρασκευή του αναζυμωμένου υλικού το τοποθετούμε στη συσκευή του λεγόμενου μεγάλου συμπιεσόμετρου (στην φάση που το υλικό είναι σε υδαρή κατάσταση). Στη συσκευή αυτή το υλικό φορτίζεται κατά την κατακόρυφη διεύθυνση, η στράγγιση είναι ελεύθερη, ενώ ταυτόχρονα παρεμποδίζεται η παραμόρφωσή του κατά την οριζόντια διεύθυνση. Η φόρτιση αυτή μοιάζει με την φόρτιση στο κλασικό συμπιεσόμετρο, έχει όμως σημαντικές διαφορές στις αναλογίες διαστάσεων των εντεινόμενων δοκιμίων και στους χρόνους αλλαγής των φορτίων. Αναλυτικότερα, το αναζυμωμένο υδαρές υλικό τοποθετείται σε μεταλλικές κυλινδρικές μήτρες με διαμέτρους 152mm,101mm και 63mm και αντίστοιχα ύψη 365mm, 235mm και 300 mm. Ακριβώς πριν την τοποθέτηση του υλικού τα εσωτερικά τοιχώματα του δοχείου καλύπτονται με ειδικό λιπαντικό, με σκοπό την ευκολότερη δυνατή εξόλκευσή του από τη συσκευή στο τέλος της διαδικασίας. Στην κάτω επιφάνεια της συσκευής, πάνω στη διάτρητη μεταλλική βάση, καθώς και στην επιφάνεια του μεταλλικού καλύμματος, τοποθετούνται ειδικά χάρτινα φίλτρα, ώστε το υλικό να μπορεί να στραγγίζει ελεύθερα χωρίς απώλεια μέρους αυτού. Το δοχείο τοποθετείται στη βάση μηχανήματος, μέσω του εμβόλου του οποίου επιβάλλεται η επιλεχθείσα κατακόρυφη αξονική τάση, αφού πρώτα προηγηθεί η φάση κατά την οποία το υλικό στερεοποιείται μόνο υπό το βάρος του μεταλλικού καλύμματος στην επιφάνειά του. Τα διαστήματα διατήρησης σταθερής τάσης εξαρτώνται από το χρόνο που χρειάζεται για να ολοκληρωθεί η στερεοποίηση για κάθε φάση της φόρτισης. Για να διαπιστωθεί αυτό η καθίζηση μετράται ανά τακτά χρονικά διαστήματα (συνήθως ανά 24 ώρες) με παχύμετρο σε τέσσερα σημεία της περιμέτρου του δοκιμίου. Το δοχείο διατηρείται πληρωμένο με νερό (νερό στην κορυφή και στη βάση του δοκιμίου) ώστε το υλικό να διατηρείται κορεσμένο σε όλα τα στάδια της διαδικασίας. Έχοντας μετρήσει το αρχικό ύψος του ρευστού μίγματος τη στιγμή που αυτό τοποθετήθηκε στο συμπιεσόμετρο, καθώς και την καθίζηση που παρουσίασε σε κάθε στάδιο της φόρτισης, μπορούμε να σχεδιάσουμε την καμπύλη συμπίεσης του υλικού. Όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα η μέγιστη τάση που επιβλήθηκε στο υλικό ήταν 200kPa. Τα δοκίμια αναμένεται να παρουσιάσουν λοιπόν μέγιστη τάση προφόρτισης 200kPa. Ακόμη, αναμένεται η αρχή των διαγραμμάτων μονοδιάστατης συμπίεσης δοκιμίων υλικού τύπου Β να ταυτίζεται με τον κλάδο φόρτισης του διαγράμματος συμπίεσης από το μεγάλο συμπιεσόμετρο. Ωστόσο λόγω των μεγάλων διαστάσεων της κυψέλης του μεγάλου συμπιεσομέτρου είναι πιο πιθανά λάθη στις μετρήσεις λόγω διαφορικών καθιζήσεων του μεταλλικού καλύματος, σε σχέση με τα τυπικά συμπιεσόμετρα. [95]

101 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Τυπική καμπύλη μονοδιαστατης συμπίεσης από το μεγάλο συμπιεσόμετρο Τέλος, το στερεοποιημένο υλικό εξάγεται με τη βοήθεια ενός εξολκέα, με προσοχή ώστε η διατάραξή του να μειωθεί στο ελάχιστο. Η διαδικασία εξόλκευσης διευκολύνεται με τη λίπανση της εσωτερικής επιφάνειας του μεγάλου συμπιεσομέτρου πριν τοποθετηθεί σε αυτό το υδαρές ακόμα υλικό. Η αναλογία των μεγεθών φαίνεται στις Εικόνες 5.2.2(α) και 5.2.2(β) όπου συγκρίνεται το εξαγόμενο υλικό από το μεγάλο συμπιεσόμετρο με ένα τυπικό δοκίμιο τριαξονικής δοκιμής διαμέτρου 38 mm και ύψους 76 mm. (α) (β) Εικόνα (α) Συσκευή μεγάλου συμπιεσομέτρου (β)δείγμα μετά την εξόλκευση από τη συσκευή μεγάλου συμπιεσομέτρου [96]

102 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή (α) (β) Εικόνα (α),(β) Σύγκριση διαστάσεων δοκιμίου μεγάλου συμπιεσομέτρου και δοκιμίου τριαξονικής συσκευής Μετα το πέρας του πειράματος, το δοκίμιο έχει πια στερεή μορφή και ακολουθεί ο τεμαχισμός και η κατάλληλη διαμόρφωσή του για τις δοκιμές στην τριαξονική συσκευή. Το δοκίμιο χωρίζεται σε τμήματα ανάλογα με τις διαστασεις της κυψέλης του «μεγάλου συμπιεσομέτρου». Για κάθε ένα από τα μικρότερα δοκίμια χρησιμοποιούμε τον ειδικό περιστροφικό μορφωτή σαν οδηγό, ενώ με μαχαίρι αφαιρώντας προσεκτικά υλικό απ την περίμετρο πλησιάζουμε τις επιθυμητές διαστάσεις. Το υλικό που αφαιρούμε χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της υγρασίας των δοκιμίων που προκύπτουν. Καθόλη τη διάρκεια της διαδικασίας δίνεται ιδιαίτερη προσοχή ώστε η διατάραξη των δοκιμίων να μειωθεί στο ελάχιστο. Στις φωτογραφίες της εικόνας φαίνεται η διαδικασία τεμαχισμού του καολινίτη μετά την εξαγωγή του από το μεγάλο συμπιεσόμετρο και η μόρφωση των δοκιμίων, με διαστάσεις κατάλληλες για την τριαξονική συσκευή. [97]

103 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή (α) (β) (γ) Εικόνα (α),(β),(γ),(δ) Διαδικασία μόρφωσης δοκιμίων καολίνη για την τριαξονική συσκευή (δ) [98]

104 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή 5.3 ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ Προετοιμασία δοκιμίου και συσκευής Μετά τη μόρφωση του δοκιμίου όπως περιγράφεται στο προηγούμενο κεφάλαιο, αυτό ζυγίζεται και περιβάλλεται με την ελαστική μεμβράνη με τη βοήθεια του τανυστή μεμβράνης. Το πάχος της μεμβράνης δεν πρεπει να υπερβαίνει το 1% της διαμέτρου του δοκιμίου σύμφωνα με τις προδιαγραφές. Στο πάνω και κάτω μερος του δοκιμίου τοποθετούνται πορόλιθοι (εμβαπτισμενοι σε απεσταγμένο νερό και πλήρως απαερωμένοι για να μην επηρεάσουν την υγρασία του δοκιμίου). Η ελαστική μεμβράνη αναδιπλώνεται προσεκτικά και στη βάση και την κορυφή ασφαλίζεται με δύο ελαστικούς δακτυλίους (O ring). Στην παρακάτω φωτογραφία φαίνεται η τοποθέτηση των πορόλιθων, της μεμβράνης και η απαέρωσή της. Εικόνα Τοποθέτηση ελαστικής μεμβράνης και πορόλιθων στο δοκίμιο Για την τοπική καταγραφή των παραμορφώσεων χρησιμοποιήθηκαν δύο μετρητές μετακίνησης (lvdts) και ένας μετρητής ακτινικής παραμόρφωσης. Οι μετρητές τοποθετούνται σε κεντρική θέση στο δοκίμιο επί της μεμβράνης που το περιβάλλει, σε αντιδιαμετρικές θέσεις, και με ειδική κόλλα εφαρμόζονται στη μεμβράνη. Όπως αναφέρθηκε και στο προηγούμενο κεφάλαιο τα δοκίμια για τριαξονική φόρτιση έχουν διάμετρο 38 mm και ύψος 76 mm. Στη συνέχεια τοποθετείται η κυψέλη της συσκευής και το έμβολο πλησιάζει οριακά το κάλυμμα της κορυφής του δοκιμίου. Οι κοχλίες σφίγγονται ώστε να επιτευχθεί η στεγάνωση του θαλάμου και ελευθερώνεται η παροχή νερού από τη βαλβίδα ώστε να πληρωθεί η κυψέλη. Μέσω ειδικών καταγραφέων που συνδέονται με το σύστημα στράγγισης του δοκιμίου είναι δυνατή η μέτρηση του όγκου του νερού, που απορροφά ή Εικόνα Δοκίμιο καολίνη τοποθετημένο πάνω στη τριαξονική συσκευή [99]

105 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή εκκρίνει το δοκίμιο, αλλά και η υδατική πίεση στο εσωτερικό αυτού κατά τη διάρκεια πλήρωσης της κυψέλης. Στην Εικόνα φαίνεται το δοκίμιο με τους μετρητές παραμορφώσεων πριν το σφράγισμα της τριαξονικής κυψέλης Κορεσμός του Δοκιμίου Μετά την τοποθέτηση του εδαφικού δοκιμίου στο εσωτερικό της κυψέλης και την πλήρωση της κυψέλης με νερό, επιχειρείται ο κορεσμός του δοκιμίου, δηλαδή η πλήρωση των πόρων του με νερό. Τούτο επιτυγχάνεται συνήθως με την αύξηση της πίεσης του νερού των πόρων και τη διάλυση της (μικρής γενικά) ποσότητας του αέρα που υπάρχει στους πόρους, αφού η διαλυτότητα των αερίων στο νερό αυξάνει σημαντικά με την αύξηση της πίεσης. Προφανώς, η αύξηση της πίεσης πόρων πρέπει να συνοδεύεται και από ισόποση αύξηση της πίεσης της κυψέλης, για να αποφευχθεί η διόγκωση της μεμβράνης που περιβάλλει το δοκίμιο. Έτσι, η πίεση της κυψέλης και η αντιπίεση πόρων αυξάνονται βαθμιαία και ισόποσα, μέχρι να επιτευχθεί ο κορεσμός του δοκιμίου. Ο έλεγχος του βαθμού κορεσμού που έχει επιτευχθεί γίνεται με τη μέθοδο του συντελεστή Β. Η μέθοδος αυτή βασίζεται στη μεγάλη διαφορά συμπιεστότητας μεταξύ του νερού των πόρων και του εδαφικού σκελετού, με συνέπεια, όταν σε ένα κορεσμένο εδαφικό δοκίμιο αυξηθεί ισότροπα η επιβαλλόμενη ολική πίεση (κατά Δσ) χωρίς μεταβολή του όγκου, η πίεση πόρων να αυξάνει ισόποσα, δηλαδή: Δu = Δσ. Όταν το δοκίμιο δεν είναι πλήρως κορεσμένο, η αναπτυσσόμενη υπερπίεση πόρων είναι μικρότερη, δηλαδή Δu < Δσ. Με βάση τα ανωτέρω μπορεί να θεωρηθεί ότι ο συντελεστής: Β = u Ο συντελεστής Β συνδέεται με το βαθμό κορεσμού (S) του δοκιμίου, με την έννοια ότι όταν το δοκίμιο είναι πλήρως κορεσμένο (δηλαδή S = 1) τότε B = 1, ενώ όσο μικρότερη είναι η μετρούμενη τιμή του B τόσο μικρότερος είναι και ο βαθμός κορεσμού. Βεβαίως, τα ανωτέρω ισχύουν σε μαλακά σχετικά εδάφη, όπου πράγματι η συμπιεστότητα του εδαφικού σκελετού είναι πολύ μεγαλύτερη από τη συμπιεστότητα του νερού των πόρων. Σε σκληρά εδάφη (ημιβράχους, σκληρές αργίλους κλπ.), στα οποία η διαφορά συμπιεστότητας σκελετού-νερού δεν είναι πολύ μεγάλη, ο συντελεστής B είναι μικρότερος της μονάδος ακόμη και όταν είναι πλήρως κορεσμένα. Συνοψίζοντας, η μέτρηση του B γίνεται με αύξηση της πίεσης του νερού της κυψέλης κατά Δσc, ενώ διατηρείται κλειστή η βαλβίδα στράγγισης (αστράγγιστες συνθήκες) και μετράται η αναπτυσσόμενη υπερπίεση πόρων Δu, οπότε: Β = u c "Πλήρης" κορεσμός θεωρείται ότι έχει επιτευχθεί στα συνήθη εδάφη για τιμές του B πάνω από Στα διαγράμματα του Σχήματος φαίνεται η διαδικασία κορεσμού και ο έλεγχος της παραμέτρου Β. [100]

106 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή (α) (β) Σχήμα Κορεσμός των δοκιμίων στην τριαξονική συσκευή (α) διαδικασία κορεσμού (β) έλεγχος της παραμέτρου Β Στερεοποίηση Η διατμητική αντοχή των εδαφών εξαρτάται από τις επιβαλλόμενες ενεργές τάσεις. Συνεπώς, ένας από τους σκοπούς της δοκιμής της κυλινδρικής τριαξονικής φόρτισης είναι η μέτρηση της διατμητικής αντοχής για διάφορες τιμές των ενεργών τάσεων. Με τη μέθοδο αυτή προκύπτουν περισσότεροι του ενός κύκλοι (Mohr) αστοχίας, οπότε η περιβάλλουσα αστοχίας μπορεί να προσδιορισθεί σαν η κοινή τους εφαπτομένη. Η διαδικασία της στερεοποίησης μας επιτρέπει να επιβάλουμε στο δοκίμιο κάθε φορά τις επιθυμητές τάσεις πριν ξεκινήσει η διαδικασία της διάτμησης. Έτσι, όταν ολοκληρωθεί ο κορεσμός του δοκιμίου, δηλαδή όταν ο συντελεστής Β λαμβάνει τιμές μεγαλύτερες από 0,95, ξεκινάει η διαδικασία της στερεοποίησης. Επιπλέον πρέπει να σημειωθεί ότι κατά την εξόλκευση του υλικού από το συμπιεσόμετρο, όπως αναφέραμε στην προετοιμασία του δοκιμίου, αυτό αποφορτίζεται καθώς οι ολικές τάσεις που ασκούνται στο δοκίμιο μηδενίζονται. Η διαδικασία της στερεοποίησης μέσα στην τριαξονική συσκευή μας επιτρέπει την επαναφορά των επιθυμητών τάσεων στο δοκίμιο και τη διατήρησή τους μέχρι την έναρξη της δοκιμής διάτμησης. Συνήθως,για λόγους ευκολίας επιλέγεται η ισότροπη στερεοποίηση του δοκιμίου, δηλαδή η επιβολή ίσων κατακόρυφων και οριζοντίων τάσεων με αύξηση της πίεσης του νερού της κυψέλης. Ωστόσο, για τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο αυτής της διπλωματικής επιλέχθηκε η ανισότροπη στερεοποίηση καθώς το καθεστώς τάσεων που επιβάλουμε έτσι στο δοκίμιο αντιπροσωπεύει καλύτερα το πεδίο τάσεων στο φυσικό έδαφος. Οι λόγοι για τους οποίους επιλέχτηκε η ανισότροπη στερεοποίηση αναλύονται στο Κεφάλαιο 1.1. Οι τάσεις που επιβάλλονται στο φυσικό έδαφος, γεωστατικές ως επί το πλείστον είναι άνισες και ίσες με : g h και 0 h K [101]

107 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Ένας από τους πιο επιτυχημένους εμπειρικούς τρόπους προσδιορισμού του συντελεστή ουδετέρων ωθήσεων είναι αυτό που προτάθηκε από τον Jaky (1944), και προϋποθέτει τη γνώση της γωνίας τριβής φ του εδάφικού υλικού: Κο = 1- sinφ Η στερεοποίηση στην τριαξονική συσκευή πρέπει να γίνεται υπό συνθήκες μονοδιάστατης συμπίεσης. Δηλαδή η ακτινική παραμόρφωση του δοκιμίου πρέπει να είναι μηδενική, αφού αυτό συμβαίνει και στο φυσικό έδαφος. Επιπλέον οι βαλβίδες στράγγισης διατηρούνται ανοιχτές καθ όλη τη στερεοποίηση ώστε να έχουμε πλήρη στράγγιση του δοκιμίου. Ο ρυθμός επιβολής των τάσεων διατηρείται χαμηλός για να μην δημιουργούνται υπερπιέσεις πορων στο εσωτερικό του δοκιμίου. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η ποσοστιαία αξονική παραμόρφωση πρέπει να είναι ίση με την ποσοστιαία μεταβολή του όγκου του δοκιμίου, δηλαδή την ποσότητα νερού που αποβάλει το δοκίμιο από τους πόρους του. Η στερεοποίηση στην τριαξονική συσκευή μπορεί να πραγματοποιηθεί είτε με έλεγχο των κατακόρυφων και οριζόντιων τάσεων είτε με έλεγχο των ακτινικών παραμορφώσεων. Σε κάθε περίπτωση, όταν επιτύχουμε την επιθυμητή ενεργό μέση τάση διατηρούμε σταθερό αξονικό φορτίο και πίεση κυψέλης για διάστημα λίγων ημερών για να ολοκληρωθούν οι ερπυστικές παραμορφώσεις του δοκιμίου. Καθόλη τη διαρκεια του πειράματος καταγράφεται από τον υπολογιστή το αξονικό φορτίο, η πίεση του νερού της κυψέλης, ο όγκος νερού που αποβάλλει ή απορροφά το δοκίμιο, η πίεση του νερού των πόρων του δοκιμίου, οι ενδείξεις του εξωτερικού μηκυνσιόμετρου, αλλά και των εσωτερικών μετρητών παραμόρφωσης του δοκιμίου (lvdts) και οι ενδείξεις του μετρητή ακτινικής παραμόρφωσης. Στον Πίνακα δίνονται τα στοιχεία όλων των δοκιμών στερεοποίησης στην τριαξονική συσκευή. Συγκεκριμένα αναγράφεται η ονομασία του δοκιμίου, το ποσοστό υγρασίας στην αρχή της τριαξονικής συσκευής, η μέση ενεργός τάση στην αρχή και στο τέλος της στερεοποίησης και ο δείκτης πόρων και το ύψος των δοκιμίων στην αρχή και το τέλος της στερεοποίησης. Τέλος αναγράφεται η μέθοδος που ακολουθήθηκε, δηλαδή, αν η στερεοποίηση έγινε με έλεγχο τάσεων ή έλεγχο ακτινικών παραμορφώσεων. [102]

108 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή α/α δοκιμής ποσοστό υγρασίας w (%) μέθοδος στερεοποίησης μέση ενεργός τάση s' (kpa) e (before e (after πριν τη μετά τη consolidation) consolidation) consolidation) στερεοποίηση στερεοποίηση kaolin 1 42, ,105 0,986 76,41 70,4 kaolin 2 42, ,114 1,02 76,31 72,75 kaolin 3 42, ,104 1,024 76,52 72,51 kaolin 4 42,79 stress ,109 0,995 76,58 73,61 kaolin 5 41,17 control ,077 1,02 76,38 75,1 kaolin 6 39, ,028 0,992 77,3 75 kaolin 7 45, ,214 1,041 76,35 69,31 kaolin 8 45, ,192 0,982 76,72 67,43 kaolin 9 45,47 radial control ,169 0,999 76,96 71,18 kaolin 10 45, ,188 1,098 76,41 72,63 kaolin 11 43, ,123 0,971 77,83 70,38 kaolin 12 42, ,13 0,964 76,69 69,37 kaolin 13 44,34 stress ,157 1,126 76,72 74,69 kaolin 14 42,24 control ,102 0,967 76,6 69,35 kaolin 15 42, ,075 0,898 99,89 91,3 kaolin 16 43, ,13 1,016 76,82 72,36 kaolin 17 44, ,166 1,014 76,79 73,7 kaolin 18 40,36 radial ,052 0,997 76,54 73,09 kaolin 19 40,16 control ,047 0,962 76,53 72,28 Πίνακας Σύνολο δοκιμών στερεοποίησης στην τριαξονική συσκευή h (before h (after cosnolidation) Το διάγραμμα στο Σχήμα δείχνει την κατάσταση των δοκιμίων στο τέλος της στερεοποίησης στην τριαξονική συσκευή στο επίπεδο v-lnp. Φαίνεται επίσης η καμπύλη μονοδιάσταης στερεοποίησης όπως προέκυψε από τις δοκιμές συμπιεσομέτρου στο Κεφάλαιο 4. Παρατηρούμε ότι υπαρχει ταύτιση των σημείων πάνω στην καμπύλη, που δείχνει ότι η στερεοποίηση έγινε επιτυχημένα στην τριαξονική συσκευή. Από τα δεδομένα του Σχήματος υπολογίζουμε τις εγγενείς σταθερές της εξίσωσης μονοδιάστης στερεοποίησης: ν = Νο-λο*lnp Οι σταθερές αυτές υπολογίστηκαν Νο=2,93 και λο=0,16. [103]

109 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Καμπύλη στερεοποίησης Στα παρακάτω κεφάλαια και αναλύονται εκτενώς οι δύο μέθοδοι που ακολουθήσαμε σε αυτή τη διπλωματική για την ανισότροπη στερεοποίηση στην τριαξονική συσκευή Στερεοποίηση με έλεγχο των τάσεων Σε αυτή τη διαδικασία στερεοποίησης διατηρείται σταθερός ο λόγος οριζοντίων και κατακόρυφων τάσεων ( σ h/σ ν ) μέσω του προγράμmατος TRIAX. Η γωνία τριβής φ του καολινίτη σύμφωνα με τη βιβλιογραφία είναι 21 ο και έτσι από τη σχέση του Jaky, Κο = 1-sinφ, θεωρούμε για τις δοκιμές μας συντελεστή ουδετέρων ωθήσεων Κο = 0,65. Παρακάτω αναλύεται η στερεοποίηση με έλεγχο του λόγου οριζοντίων προς κατακόρυφων τάσεων του δοκιμίου kaolin 10 στην τριαξονική συσκευή triax1 και παρατίθενται τα σημαντικότερα διαγράμματα που περιγράφουν τη διαδικασία αλλά και τη συμπεριφορά του δοκιμίου. Στο Σχήμα φαίνεται η διαδρομή ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s καθ όλη τη διάρκεια της στερεοποίησης του δοκιμίου. Το σημείο από το οποίο ξεκινάει η στερεοποίηση αντιπροσωπεύει την κατάσταση του δοκιμίου στο τέλος της διαδικασίας κορεσμού. Έτσι φαίνεται ότι μετά τον κορεσμό το δοκίμιο kaolin 10 έχει μέση ενεργό τάση s = 50 kpa. Θυμίζουμε ότι το δοκίμιο μετά την πρώτη στερεοποίηση στο συμπιεσόμετρο μεγάλων διαστασεων αποφορτίζεται και μειώνεται η ενεργός του τάση. Το συγκεκριμένο δοκίμιο ενώ αρχικά στερεοποιήθηκε μονοδιάστατα με κατακόρυφη τάση 200 kpa μετά την αποφόρτιση κράτησε μόνο τα 50 kpa. Με την έναρξη της στερεοποίησης το έμβολο έρχεται σε επαφή με το δοκίμιο [104]

110 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή και η συσκευή αυξάνει ισόποσα την κατακορυφη ενεργό τάση t και τη μέση ενεργό τάση s (κλίση 1:1) μέχρι την ευθεία που αντιστοιχεί σε συντελεστή πλευρικών ωθήσεων Κο = 0,65. Στη συνέχεια διατηρείται σταθερός ο λόγος τάσεων σ h/σ ν και ίσος με τον επιθυμητο συντεστή Κο μέχρι το τέλος της στερεοποίησης. Συγκεκριμένα η κλίση της ευθείας στερεοποίησης στο επίπεδο t-s προκύπτει : t h 1 s ' 1 Η στερεοποίηση του kaolin 10 ολοκληρώνεται όταν το δοκίμιο φορτιστεί με μέση ενεργό τάση s =200 kpa όπως φαίνεται στο διάγραμμα του Σχήματος h Σχήμα Διαδρομές τάσεων στο επίπεδο t-s κατά την στερεοποίηση Όπως αναφέραμε παραπάνω η στερεοποίηση με συντελεστή ουδετέρων τάσεων Κο γίνεται χωρίς ακτινικές παραμορφώσεις. Στο Σχήμα φαίνεται η μεταβολή της ογκομετρικής παραμόρφωσης σε σχέση με την αξονική. [105]

111 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Ογκομετρική παραμόρφωση(%) σε σχέση με αξονική παραμόρφωση(%) κατά τη στερεοποίσηση Η ακτινική παρμόρφωση συνδεέται με την αξονική και την ογκομετρική σύμφωνα με τη σχέση: V h r 2 όπου Δr η ακτινική, ΔV η ογκομετρική και Δh η αξονική ποσοστιαία παραμόρφωση. Από το διάγραμμα μεταβολής ογκομετρικής και αξονικής παραμόρφωσης (Σχήμα 5.3.4) φαίνεται ότι αυτές μεταβάλλονται ισόποσα. Οι ακριβείς τιμές παραμορφώσεων εξαρτώνται από την αρχική και τελική μέση ενεργό τάση. Από την παραπάνω σχέση οδηγούμαστε στο συμπέρασμα ότι η ακτινική παραμόρφωση παραμένει σχεδόν μηδενική. Αυτό φαίνεται και απο το διάγραμμα του Σχήματος που δείχνει την μεταβολή της ακτινικής παραμόρφωσης σε σχέση με την αξονική. Φαίνεται ότι καθόλη τη διάρκεια της στερεοποίησης η ακτινική παραμόρφωση διατηρείται σε τιμές μικρότερες του 0,35 %. Στην πραγματικότητα, το μεγαλύτερο μέρος της παραμόρφωσης συμβαίνει κατά την αρχική 1:1 φόρτιση, η οποία ολοκληρώνεται για αξονική παραμόρφωση περίπου 1,2%. Οι αρνητικές τιμές ακτινικής παραμόρφωσης στο διάγραμμα δηλώνουν μικρή διόγκωση του δοκιμίου. Πρέπει να σημειωθεί ότι για την καταγραφή των μετατοπίσεων κατά τη στερεοποίσηση χρησιμοποιήθηκαν οι εσωτερικοί μετρητές (lvdts) που θεωρούνται ακριβέστεροι σε μικρές μετατοπίσεις. [106]

112 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή ακτινικής παραμόρφωσης σε σχέση με αξονική παραμόρφωση Εφόσον οι βάνες παραμένουν ανοιχτές η ογκομετρική παραμόρφωση ισοδυναμεί με διαφυγή νερού από τους πόρους του δοκιμίου και μεταβολή του δείκτη πόρων. Το Σχήμα δείχνει την μεταβολή του ειδικού όγκου ν σε σχέση με την μέση ενεργό τάση που ασκείται στο δοκίμιο. Στο συγκεκριμένο δοκίμιο, κατά τη στερεοποίηση, σημειώθηκε μείωση του δείκτη πόρων από 1,156 σε 1,067. Γενικά όσο μεγαλύτερη είναι η Δp τόσο μεγαλύτερη θα είναι και η μεταβολή του δείκτη πόρων. Το διάγραμμα στο Σχήμα ουσιάστικά δείχνει ένα κλάδο επαναφόρτισης, καθώς το δοκίμιο στερεοποιήθηκε αρχικά στο μεγάλο συμπιεσόμετρο, στη συνέχεια αποφορτίστηκε και στην τριαξονική συσκευή επαναφορτίστηκε σε μέση ενεργό τάση p =186 kpa. Σχήμα Μεταβολή ειδικού όγκου κατά τη στερεοποίηση στην τριαξονική συσκευή [107]

113 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Τέλος, στο Σχήμα φαίνεται το τελευταίο στάδιο της στερεοποίησης, δηλαδή η παραμόρφωση του δοκιμίου υπό καθεστώς σταθερών τάσεων (ερπυσμός) που σκοπό έχει την εκτόνωση των ερπυστικών παραμορφώσεων. Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης, αξονικής και ογκομετρικής παραμόρφωσης σε σχέση με το χρόνο κατά τη στερεοποίηση Μετά από 20 ώρες φόρτισης του δοκιμίου, ο εκτροπέας τάσεων διατηρείται σταθερός μέχρι το τέλος της στερεοποίησης. Όπως φαίνεται στο Σχήμα λιγές ώρες μετά την σταθεροποίηση της τάσης στα 85 kpa ο ρυθμός μεταβολής αξονικής και ογκομετρικής παραμόρφωσης μηδενίζεται. Στο διάγραμμα μπορούμε ακόμα να παρατηρήσουμε την ισόποση μεταβολή αξονικής και ογκομετρικής παραμόρφωσης που σχολιάσαμε προηγουμένως. Όταν ολοκληρωθούν οι παραμορφώσεις από τη στερεοποίηση το δοκίμιο είναι έτοιμο να ξεκινήσει τη διάτμηση. [108]

114 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Στερεοποίηση με έλεγχο ακτινικής παραμόρφωσης Σε αυτή τη μέθοδο στερεοποίησης, προκειμένου να προσομοιώσουμε συνθήκες μονοδιάστατης συμπίεσης, ορίζουμε μέσω του προγράμματος TRIAX τα όρια της επιτρεπόμενης ποσοστιαίας ακτινικής παραμόρφωσης. Τα όρια που τέθηκαν ήταν πολύ μικρά, της τάξης του ±0,002% για διόγκωση και συμπίεση του δοκιμίου. Η κατακόρυφη και η πλευρική τάση μεταβάλλονται από το πρόγραμμα με σκοπό την ικανοποίηση αυτών των ορίων. Όταν το δοκίμιο τείνει να διογκωθεί, η κατακόρυφη τάση διατηρείται σταθερή και αυξάνεται η πίεση κυψέλης για να περιοριστεί η ακτινική διόγκωση. Αντίθετα, όταν το δοκίμιο ξεπερνάει το επιτρεπόμενο όριο ακτινικής συμπίεσης, η πίεση κυψέλης διατηρείται σταθερή και συνεχίζεται η κατακόρυφη φόρτιση. Σκοπός της δοκιμής αυτής δεν είναι μόνο η στερεοποίηση του δοκιμίου, αλλά και ο προσδιορισμός του συντελεστή ουδετέρων τάσεων Κο του εδαφικού υλικού. Στα παρακάτω Σχήματα και φαίνονται οι διαδρομές τάσεων στο επίπεδο t-s για τα δοκίμια kaolin 9 και kaolin 19 που στερεοποιήθηκαν με αυτή τη διαδικασία. Τα δύο δοκίμια ξεκινούν τη στερεοποίηση από διαφορετικές ενεργές τάσεις. Και εδώ αρχικά γίνεται μία υπόθεση της γωνίας τριβής του εδάφους και μέσα από τη σχέση του Jaky Κο = 1-sinφ εκτιμούμε ένα συντελεστή ουδέτερης ώθησης Κο. Αρχικά φορτίζουμε τα δοκίμια με ισόποση αποκλίνουσα και μέση ενεργό κατακόρυφη τάση (κλίση 1:1) μέχρι να συναντήσουμε την ευθεία στερεοποίησης για τον υποθετικό συντελεστή Κο. Κατά την αρχική 1:1 φόρτιση, αναμένεται να έχουμε κάποιες ακτινικές παραμορφώσεις τις οποίες όμως στη συνέχεια θα ελέγξει το πρόγραμμα με την ανάλογη μεταβολή των t και s. Όπως φαίνεται και από τα Σχήματα και η αρχική ακτινική παραμόρφωση είναι μεγαλύτερη για το δοκίμιο kaolin 19, το οποίο ξεκίνησε τη στερεοποίηση από τα 100 kpa και άρα φορτίστηκε για μεγαλύτερο διάστημα με ισόποσες t και s. Για αυτό, όπως φαίνεται και στο διάγραμμα του Σχήματος , όταν ολοκληρώθηκε η 1:1 φόρτιση, διατηρήσαμε σταθερή την αποκλίνουσα τάση ώστε να εκτονωθούν οι ερπυστικές παραμορφώσεις και να γίνει καλύτερα ο έλεγχος της ακτινικής παραμόρφωσης. Επίσης, παρατηρούμε μεγαλύτερη διακύμανση των τάσεων στη δοκιμή kaolin 19, η οποία θα φανεί και στις ακτινικές παραμορφώσεις του δοκιμίου. Από τις κλίσεις των παρακάτω διαγραμμάτων και με τη χρήση της σχέσης : t h 1 s ' 1 υπολογίστηκαν οι συντελεστές ουδέρων τάσεων Ko=0,63 για το δοκίμιο kaolin 9 και Ko=0,61 για το δοκίμιο kaolin 19, δηλαδή λίγο μικρότεροι από την αρχική μας υπόθεση. Θεωρώντας ένα μέσο όρο από τις δύο δοκιμές, και με χρήση της σχέσης του Jaky προκύπτει γωνία τριβής για τον καολίνη φ =22,33 ο. Όπως θα δούμε παρακάτω, από τις δοκιμές τριαξονικής θλίψης η γωνία διατμητικής αντοχής υπολογίστηκε φ =20,52 ο που αντιστοιχεί σε ένα συντελεστή Κο=0,65, δηλαδή τιμή λίγο μεγαλύτερη από αυτή που υπολογίστηκε από τη δοκιμή στερεοποίησης. h [109]

115 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Διαδρομή τάσεων κατα τη στερεοποίηση με έλεγχο ακτινικών παραμορφώσεων για το δοκίμιο kaolin 9 Σχήμα Διαδρομή τάσεων κατά τη στερεοποίηση με έλεγχο ακτινικών παραμορφώσεων για το δοκίμιο kaolin 19 [110]

116 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή του συντελεστή Κ ο σε σχέση με τη μέση ενεργό τάση για τα δοκίμια kaolin 9 και 19 Στο Σχήμα φαίνεται η μεταβολή του συντελεστή ουδετέρων τάσεων σε σχέση με τη μέση ενεργό τάση. Όπως εξηγήσαμε και προηγουμένως οι αρχικές τιμές που ξεκινούν από τη μονάδα αφορούν στο στάδιο της 1:1 φόρτισης. Στη συνέχεια παρατηρούμε ότι οι συντελεστές Κο σταθεροποιούνται γύρω από τις τιμές 0,63 και 0,61 για τα δύο δοκίμια αντίστοιχα. Στα Σχήματα και φαίνεται η μεταβολή της ακτινικής παραμόρφωσης καθώς αυξάνεται η μέση ενεργός τάση s. Παρόλο που το όριο είχε τεθεί στα ±0,002%, η συσκευή δεν μπορούσε πάντα να περιορίσει την ακτινική παραμόρφωση. Ετσι παρατηρούμε και στις δύο δοκιμές αποκλίσεις. Ιδιαίτερα στη δεύτερη δοκιμή σε ενεργό τάση περίπου 150 kpa αγγίζει παραμόρφωση 0,05%. Οι μεγάλες ακτινικές παραμορφώσεις στην αρχή της στερεοποίησης στη δεύτερη δοκιμή (Σχήμα ) είναι πιθανόν να οφείλονται στην προσπαθεια της συσκευής να εξισορροπήσει τις ακτινικές παραμορφώσεις του δοκιμίου κατά την 1:1 φόρτιση. Η αδυναμία της συσκευής να τηρήσει τα επιτρεπόμενα όρια ακτινικής παραμόρφωσης μπορεί να οφείλεται στην ίδια τη συμπεριφορά του υλικού ή στην αδύναμία της τριαξονικής συσκευής και των υπολοίπων οργάνων να ελέγξουν τόσο μικρές παραμορφώσεις. [111]

117 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Διακύμανση ακτινικής παραμόρφωσης σε σχέση με την μέση ενεργό τάση s για το δοκίμιο kaolin 9 Σχήμα Διακύμανση ακτινικής παραμόρφωσης σε σχέση με την μέση ενεργό τάση s για το δοκίμιο kaolin 19 [112]

118 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Στα Σχήματα και φαίνονται οι αξονικές και ογκομετρικές παραμορφώσεις καθώς και η μεταβολή της αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με το χρόνο. Όπως είναι φυσικό, επειδή οι ακτινικές παραμορφώσεις είναι σχεδόν μηδενικές, οι αξονικές και οι ογκομετρικές μεταβάλλονται ισόποσα. Στο δοκίμιο kaolin 19 είναι εμφανές ότι κατά την 1:1 φόρτιση η αξονική παραμόρφωση υπερίσχυσε της ογκομετρικής. Ωστόσο με τον κατάλληλο έλεγχο των t και s με την πάροδο του χρόνου ταυτίστηκαν. Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης και αξονικής και ογκομετρικής παραμόρφωσης σε σχέση με το χρόνο για το δοκίμιο kaolin 9 Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης και αξονικής και ογκομετρικής παραμόρφωσης σε σχέση με το χρόνο για το δοκίμιο kaolin 19 [113]

119 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Στα διαγράμματα του Σχήματος φαίνεται η μεταβολή της ποσοστιάιας ογκομετρικής σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση. Η σταθερή κλίση των ευθειών και στα δύο διαγράμματα περίπου στις 45 ο επαληθεύει την μηδενική ακτινική παραμόρφωση όπως προκύπτει από τη σχέση: V h r 2 όπου Δr η ακτινική, ΔV η ογκομετρική και Δh η αξονική ποσοστιαία παραμόρφωση. Όπως ήταν αναμενόμενο, το δοκίμιο kaolin 9 που στερεοποιήθηκε από τάση s =50 kpa σε s =410 kpa παραμορφώθηκε περισσότερο ( 8% ) από το kaolin 19 ( 4% ) που στερεοποιήθηκε από s =100 kpa μέχρι s =350 kpa. (a) (b) Σχήμα Μεταβολή ογκομετρικής παραμόρφωσης(%) σε σχέση με την αξονική(%) για τα δοκίμια (a)kaolin 9 και (b)kaolin 19 [114]

120 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Αξονική Φόρτιση και Θραύση του Δοκιμίου Μετά τη στερεοποίηση του δοκιμίου, ακολουθεί το στάδιο της αξονικής φόρτισής του, (διάτμησης) μέχρι τη θραύση (αστοχία). Με τον τρόπο αυτό μπορεί να προσδιορισθεί η διατμητική αντοχή του δοκιμίου που αντιστοιχεί στην τάση της στερεοποίησης (σ c) που προηγήθηκε. Κατά το στάδιο αυτό η πίεση της κυψέλης διατηρείται σταθερή (σc = σ3 ), ενώ ταυτόχρονα το έμβολο κινείται προς τα κάτω, συμπιέζει το δοκίμιο και του επιβάλλει την αποκλίνουσα τάση (σ1 σ3). Το αξονικό φορτίο επιβάλλεται με μια διάταξη που κινεί το έμβολο προς τα κάτω με σταθερή ταχύτητα, προκαλώντας σταθερό ρυθμό αξονικής παραμόρφωσης του δοκιμίου. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης μετράται το φορτίο (P) του εμβόλου, οπότε η αξονική τάση (σ1) υπολογίζεται από τη σχέση: P a 1 c 1 A A όπου (A) είναι η διατομή του δοκιμίου και (a) η διατομή του εμβόλου. Αξίζει να σημειωθεί ότι το έμβολο δέχεται και την πίεση του νερού της κυψέλης, που ισοδυναμεί με δύναμη ( F = σ c a ) (με διεύθυνση προς τα άνω), ακόμη και στην περίπτωση που δεν βρίσκεται σε επαφή με το δοκίμιο. Στις συσκευές τριαξονικής συμπίεσης του εργαστηρίου που χρησιμοποιήθηκαν η αξονική τάση (σ1) υπολογίζεται από τη σχέση: P 1 c A Η αξονική φόρτιση του δοκιμίου μέχρι τη θραύση μπορεί να γίνει είτε υπό αστράγγιστες είτε υπό πλήρως στραγγιζόμενες συνθήκες. Οι δοκιμές διάτμησης που πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο στα πλαίσια αυτής της διπλωματικής εργασίας έγιναν υπό αστράγγιστες συνθήκες. Κατά την αστράγγιστη φόρτιση η βαλβίδα στράγγισης διατηρείται κλειστή και έτσι η φόρτιση του δοκιμίου γίνεται υπό σταθερό όγκο. Αν το δοκίμιο έχει τάση για μείωση του όγκου, αναπτύσσονται (θετικές) υπερπιέσεις πόρων και οι ενεργές τάσεις μειώνονται. Αν, αντίθετα, το δοκίμιο έχει τάση για διόγκωση, αναπτύσσονται (αρνητικές) υποπιέσεις πόρων και οι ενεργές τάσεις αυξάνουν. Η ταχύτητα της αξονικής παραμόρφωσης κατά την αστράγγιστη φόρτιση δεν υπόκειται σε άλλο περιορισμό παρά μόνο πρέπει να είναι αρκετά μικρή, ώστε οι υπερπιέσεις πόρων που αναπτύσσονται στο εσωτερικό του δοκιμίου να είναι ομοιόμορφες και οι τυχόν διαφορές τους από θέση σε θέση (λόγω τριβών στα άκρα, ανομοιομορφίας του εδαφικού υλικού κλπ.) να εξισώνονται με την κίνηση του νερού των πόρων στο εσωτερικό του δοκιμίου από θέσεις μεγαλύτερης πίεσης προς θέσεις μικρότερης πίεσης. Έτσι διαμορφώσαμε την ταχύτητα παραμόρφωσης των δοκιμίων περί τα 0,1287 mm/h. Η αξονική τάση αυξάνει με την παραμόρφωση του δοκιμίου με βαθμιαία μειούμενο ρυθμό και τελικώς το δοκίμιο παραμορφώνεται χωρίς περαιτέρω αύξηση της κατακόρυφης τάσης. Η κατάσταση κατά την οποία επιτυγχάνεται η μέγιστη τιμή της αξονικής τάσης ορίζεται συμβατικά ως κατάσταση αστοχίας του δοκιμίου. [115]

121 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Διαδρομές ενεργών και ολικών τάσεων κατά την αστράγγιστη τριαξονική δοκιμή (Πηγή: Atkinson, Brandsby (1977)) Κατά τη διάρκεια της δοκιμής καταγράφονται από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή: το αξονικό φορτίο, η πίεση του νερού της κυψέλης, ο όγκος νερού που αποβάλλει ή απορροφά το δοκίμιο, η πίεση του νερού των πόρων του δοκιμίου, οι ενδείξεις του εξωτερικού μηκυνσιόμετρου, αλλά και των εσωτερικών μετρητών παραμόρφωσης του δοκιμίου. Ακόμη έχοντας μετρήσει πριν την έναρξη του πειράματος τις αρχικές διαστάσεις του δοκιμίου, το βάρος και το ποσοστό της υγρασίας (το οποίο δίνει πληροφορία για το δείκτη πόρων του δοκιμίου, e=gs*w ) μπορούμε να υπολογίσουμε τα παρακάτω: Τον όγκο του δοκιμίου σε κάθε βήμα, εφόσον μετράται η μεταβολή αυτού μέσω του μετρητή μεταβολής όγκου ενώ ο αρχικός όγκος είναι γνωστός από τις αρχικές διαστάσεις του δοκιμίου. Έτσι σε κάθε βήμα γνωρίζουμε ότι: V = Vo ΔV Την αξονική παραμόρφωση. Για τον υπολογισμό αυτής χρησιμοποιούμε τους εσωτερικούς μετρητές παραμόρφωσης του δοκιμίου (lvdt s) μέχρι την παραμόρφωση 2% όπου και θεωρούνται αξιόπιστοι ενώ για μεγαλύτερες παραμορφώσεις χρησιμοποιούμε το εξωτερικό μετρητή μετακίνησης του δοκιμίου. Έχοντας μετρήσει την αρχική απόσταση των άκρων των εσωτερικών μετρητών και τη μεταβολή της, ΔL, κατά τη διάρκεια του πειράματος, μπορούμε να υπολογίσουμε την αξονική παραμόρφωση του δοκιμιου: εα = ΔL / Lo Τη μέση επιφάνεια του δοκιμίου θεωρώντας ότι κατά τη διάρκεια της φόρτισής του, το δοκίμιο διατηρεί το κυλινδρικό του σχήμα. Για όλο το μήκος του δοκιμίου θεωρούμε μια μέση επιφάνεια η οποία κάθε φορά υπολογίζεται από τη σχέση: Α = V / L Το μήκος του δοκιμίου σε κάθε βήμα προκύπτει εύκολα καθώς γνωρίζουμε την αντίστοιχη σχετική παραμόρφωση. [116]

122 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Την ορθή τάση που ασκείται στο δοκίμιο, γνωρίζοντας το αξονικό φορτίο P και την πίεση της κυψέλης σ3 καθώς και την τρέχουσα μέση επιφάνεια του δοκιμίου : σ1 = P / A + σ3 Την πίεση πόρων Την αποκλίνουσα τάση q= σ 1- σ 3 Την μέση ενεργό τάση p= (σ 1+2σ 3)/3 Το μέτρο ελαστικότητας που υπολογίζεται από τη σχέση: Ε = Δq / Δεα 5.4 ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΩΝ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΤΩΝ ΤΡΙΑΞΟΝΙΚΩΝ ΔΟΚΙΜΩΝ Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής πραγματοποιήθηκαν συνολικά 16 δοκιμές τριαξονικής θλίψης και 3 δοκιμές τριαξονικού εφελκυσμού σε πλήρως κορεσμένα, ανισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια καολινίτη. Στον παρακάτω πίνακα δίνονται η ονομασία των δοκιμίων, η ημερομηνία έναρξης των δοκιμών, το είδος της δοκιμής, το όνομα της τριαξονικής συσκευής, ο βαθμός προφόρτισης, η τάση στερεοποίησης και η αρχική υγρασία των δοκιμίων πριν τοποθετηθούν στην τριαξονική συσκευή. α/α δοκιμής είδος δοκιμής Ημερομηνία έναρξης τριαξονική συσκευή [117] OCR Τάση στερεοποίησης s' (kpa) ποσοστό υγρασίας w(%) kaolin 1 7/9/2015 triax ,78 extension kaolin 2 25/9/2015 triax 1 1 CU ,49 kaolin 3 9/10/2015 triax ,29 kaolin 4 25/9/2015 triax ,79 kaolin 5 9/10/2015 triax ,17 kaolin 6 24/11/2015 triax ,40 kaolin 7 16/2/2016 triax ,92 kaolin 8 15/2/2016 triax ,44 kaolin 9 1/3/2016 triax ,47 kaolin 10 29/2/2016 triax ,52 kaolin 11 compression 12/4/2016 triax ,03 kaolin 12 CU 20/4/2016 triax ,33 kaolin 13 29/3/2016 triax ,34 kaolin 14 18/5/2016 triax ,24 kaolin 15 27/5/2016 triax ,21 kaolin 16 24/6/2016 triax ,49 kaolin 17 24/6/2016 triax ,68 kaolin 18 5/9/2016 triax ,36 kaolin 19 5/9/2016 triax ,16 Πίνακας Τριαξονικές δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν

123 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Ενδεικτική δοκιμή τριαξονικής θλίψης υπό αστράγγιστες συνθήκες Παρακάτω θα αναλυθεί η συμπεριφορά του δοκιμίου kaolin 7. Το δοκίμιο προέρχεται από το συμπιεσόμετρο μεγάλων διαστάσεων (συμπιεσόμετρο 3) όπου στερεοποιήθηκε αρχικά σε τάση 200 kpa. Ωστόσο μετά την εξόλκευση, αποφορτίστηκε και έτσι η δεύτερη στερεοποίηση στην τριαξονική συσκευή (2) ξεκίνησε από μέση ενεργό τάση s =36 kpa και ολοκληρώθηκε στα s = 298 kpa. Η αρχική υγρασία του δοκιμίου υπολογίστηκε 45,9 % και στο τέλος της στερεοποίησης στην τριαξονική συσκευή ο δείκτης πόρων του δοκιμίου ήταν e=1,041. Στο Σχήμα φαίνεται η διαδρομή τάσεων στο δισδιάστατο επίπεδο t-s καθώς και η ευθεία στερεοποίησης που ακολουθήθηκε. Καθ όλη τη διάρκεια της διάτμησης, η μέση ενεργός τάση του καολινίτη μειώνεται, γεγονός που δείχνει την τάση για συστολή του υλικού κατά την τριαξονική θλίψη, και άρα την αργιλική συμπεριφορά του υλικού. Η μέγιστη διατμητική αντοχή που αναπτύσει το δοκίμιο είναι t=80,7 kpa και σημειώνεται για μέση ενεργό τάση s =270 kpa. Σχήμα Διαδρομή ενεργών τάσεων για το δοκίμιο kaolin 7 στο επίπεδο t-s Το διάγραμμα στο Σχήμα δείχνει τη μεταβολή του εκτροπέα τάσης q (kpa) σε συνάρτηση με την ποσοστιαία αξονική παραμόρφωση. Στο διάγραμμα φαίνονται οι αξονικές παραμορφώσεις όπως έχουν καταγραφεί από τον εξωτερικό μετρητή της τριαξονικής συσκευής (total strains), αλλα και από τους εσωτερικούς μετρητές (local strains). Από την αρχή του πειράματος η αποκλίνουσα τάση αυξάνεται κατακόρυφα για πολύ μικρές παραμορφώσεις της τάξης <0,3%. Στη συνέχεια η κλιση της καμπύλης [118]

124 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή μειώνεται μέχρι τη δημιουργία επιπέδου αστοχίας. Η μέγιστη τιμή διατμητικής αντοχής καταγράφεται για παραμόρφωση 5%. Σε αυτό το σημείο ο ρυθμός παραμόρφωσης, σύμφωνα με τους εσωτερικούς μετρητές, σχεδόν μηδενίζεται, γεγονός που υποδηλώνει τη δημιουργία επιφάνειας αστοχίας. Σε παραμόρφωση 5% η διατμητική αντοχή ακολουθεί πτωτική πορεία. Παρατηρείται επίσης ότι η τιμή του εκτροπέα τάσης σταθεροποιέιται κοντά στη μέγιστη τιμή της (160 kpa), για παραμόρφωση στο εύρος 3% - 5%. Οι παραμορφώσεις υπό σταθερή αποκλίνουσα τάση δηλώνουν ότι το δοκίμιο έφτασε σε κρίσιμη κατάσταση όταν σημείωσε μέγιστη διατμητική αντοχή. Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης q σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση (%) για το δοκίμιο kaolin 7 Στο Σχήμα φαίνεται η μεταβολή της πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση καταγεγραμμένη από τον εξωτερικό και τους εσωτερικούς μετρητές. Όταν το δοκίμιο παραμορφωθεί κατά 4,5%, η πίεση πόρων σταθεροποιείται στη μέγιστη τιμή της (50 kpa), και παραμένει σταθερή μέχρι και το τέλος της δοκιμής. Η μεταβολή της πίεσης πόρων επιβεβαιώνει ότι το δοκίμιο έφτασε σε κρίσιμη κατάσταση. Παρατηρούμε ότι πρώτα σταθεροποιείται η αποκλίνουσα τάση (Σχήμα 5.4.2) για παραμόρφωση περίπου 3%, και έπειτα ακολουθεί η σταθεροποίηση της πίεσης πόρων για παραμόρφωση περίπου 4,5%. [119]

125 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων du σε σχέση με αξονική παραμόρφωση (%) για το δοκίμιο kaolin 7 Οι Georgiannou και Burland προτείνουν ένα τρόπο ακριβούς προσδιορισμού της στιγμής που δημιουργείται το επίπεδο αστοχίας. Στο Σχήμα φαίνονται οι ρυθμοί παραμόρφωσης όπως καταγράφονται από το εσωτερικό και τα εξωτερικά μηκυνσιόμετρα. Στο ίδιο διάγραμμα φαίνεται και η μεταβολή του εκτροπέα κατακόρυφης τάσης q σε σχέση με την ποσοστιαία αξονική παραμόρφωση καταγεγραμμένη από τον εσωτερικό μετρητή. Στο σημείο αυτό οι Georgiannou και Burland προσπαθούν να προσδιορίσουν την ακριβή αξονική παραμόρφωση του δοκιμίου τη στιγμή που δημιουργείται το επίπεδο αστοχίας με τη χρήση των μετρήσεων από τα LVDTs και τη μεταβολή του εκτροπέα τάσεων (q). Η ιδανική συμπεριφορά του δοκιμίου κατά τη δημιουργία επιφάνειας αστοχίας περιγράφεται από το Σχήμα [120]

126 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Ιδεατή συμπεριφορά κατά το σχηματισμό επιπέδου αστοχίας (Πηγη: Georgiannou, Burland 2006) Το δοκίμιο στη φάση (1) του Σχήματος αντιστοιχεί στην αρχική κατάσταση και τα μαύρα σημεία είναι οι αρχικές θέσεις στις οποίες έχουν τοποθετηθεί οι βάσεις ενός εσωτερικού μηκυνσιομέτρου. Καθώς το δοκίμιο παραμορφώνεται, και πριν τη δημιουργία επιπέδου αστοχίας ο ρυθμός μεταβολής της παραμόρφωσης που καταγράφεται από τα εσωτερικά μηκυνσιόμετρα είναι ομοιογενής και σταθερός (δοκίμιο στη φάση(2)). Κατά τη δημιουργία της επιφάνειας αστοχίας η αντοχή του δοκιμίου πέφτει ακαριαία και στη συνέχεια παραμένει σταθερή στη νέα της τιμή. Στην περίπτωση που τα σημεία επαφής των μηκυνσιομέτρων βρίσκονται σε διαφορετικά τμήματα του δοκιμίου (τα οποία προκύπτουν από την επιφάνεια αστοχίας), τότε, καθώς δημιουργείται η επιφάνεια αστοχίας το δοκίμιο αποφορτίζεται μερικώς και έτσι τα μηκυνσιόμετρα καταγράφουν έναν μικρό εφελκυσμό του δοκιμίου που οφείλεται στην ελαστική συμπεριφορά του. Στη συνέχεια ο ρυθμός παραμόρφωσης που καταγράφουν τα εσωτερικά μηκυνσιόμετρα μηδενίζεται, καθώς τα δύο τμήματα του δοκιμίου δεν παραμορφώνονται άλλο και όλη η μετατόπιση συμβαίνει κατά την επιφάνεια αστοχίας. Στην περίπτωση που η επιφάνεια αστοχίας διαπερνάει τα σημεία επαφής των μηκυνσιομέτρων με το δοκίμιο, η κατάσταση είναι πιο περίπλοκη. Στην ιδανική περίπτωση, όταν δημιουργείται η επιφάνεια αστοχίας ο ρυθμός παραμόρφωσης που καταγράφουν τα μηκυνσιόμετρα αυξάνεται και προσεγγίζει τον ρυθμό που καταγράφει ο εξωτερικός μετρητής. Αυτό συμβαίνει γιατί τα δύο τμήματα του δοκιμίου είναι πλέον απαραμόρφωτα και όλη η παραμόρφωση που επιβάλλεται από τη συσκευή, συμβαίνει κατά μήκος του επιπέδου αστοχίας. Έτσι τα μηκυνσιόμετρα καταγράφουν την μετατόπιση κατά μήκος της επιφάνειας αυτής. Αν συμβαίνει [121]

127 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή διόγκωση εντός της επιφάνειας αστοχίας ο εξωτερικός και οι εσωτερικοί μετρητές έχουν αποκλίσεις. Στο αντίστοιχο Σχήμα της δοκιμής μας, φαίνεται η αποκλινουσα τάση q, και οι ρυθμοί μεταβολής της παραμόρφωσης του δοκιμίου σύμφωνα με τον εξωτερικό και τους εσωτερικούς μετρητές. Όπως αναμένεται,επειδή η διάτμηση γίνεται με έλεγχο των παραμορφώσεων (strain control) o ρυθμός παραμόρφωσης του εξωτερικού μετρητή είναι σταθερός (0,128 mm/h). Οι ρυθμοί τοπικής παραμόρφωσης υπολογίστηκαν εφαπτομενικά, το οποίο εξηγεί και τις μικρές διακυμάνσεις στο διάγραμμα. Παρατηρούμε ότι όπως συμβαίνει και με το ρυθμό ολικής παραμόρφωσης, οι ρυθμοί τοπικής παραμόρφωσης αυξάνονται αμέσως με την έναρξη της διάτμησης και σταθεροποιούνται γύρω από μία τιμή μικρότερη του ρυθμού ολικής παραμόρφωσης. Για παραμόρφωση 5 % οι ρυθμοί τοπικής παραμόρφωσης διαφοροποιούνται. Ο ρυθμός απο το μετρητή 1 πέφτει απότομα και μηδενίζεται, ενώ ο ρυθμός από το μετρητή 2 αυξάνεται στιγμιαία και προσεγγίζει τον ρυθμό που επιβάλλει η συσκευή. Από τη συμπεριφορά τους συμπεραίνουμε πως ο εσωτερικός μετρητής 1 έχει και τα δύο άκρα του στο ίδιο τμήμα του δοκιμίου (που σχηματίζεται από το επίπεδο αστοχίας). Αντίθετα, ο μετρητής 2 έχει καθε άκρο σε διαφορετικό τμήμα του δοκιμίου και έτσι καταγράφει στιγμιαία, τη στιγμή της αστοχίας, ρυθμό ίσο με αυτόν του εξωτερικού μετρητή, και έπειτα η τιμή του σταθεροποιείται στα 0,1 mm/h. Το τελικό συμπέρασμα είναι ότι το επίπεδο αστοχίας δημιουργείται για παραμόρφωση 5% όπως επιβεβαιώνει και η πτώση της αποκλίνουσας τάσης. Σχήμα Συμπεριφορά κατά το σχηματισμό επιπέδου αστοχίας: ρυθμοί μεταβολής της αξονικής παραμόρφωσης και μεταβολή αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για το δοκίμιο kaolin 7 [122]

128 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Ενδεικτική δοκιμή τριαξονικού εφελκυσμού υπό αστράγγιστες συνθήκες Παρακάτω θα γίνει ανάλυση της δοκιμής εφελκυσμού του δοκιμίου kaolin 2. Το δοκίμιο αρχικά στερεοποιήθηκε στο συμπιεσόμετρο μεσαίων διαστάσεων (2) σε τάση 200 kpa. Μετά την εξόλκευση και την αποφόρτιση, πραγματοποιήθηκε δεύτερη στερεοποίηση στην τριαξονική συσκευή (triax 1), η οποία ξεκίνησε από μέση ενεργό τάση s =98 kpa και ολοκληρώθηκε σε τάση s =297 kpa με συντελεστή Κο=0,65. Η αρχική υγρασία του δοκιμίου υπολογίστηκε 42,5%, ενώ ο δείκτης πόρων μετά την ολοκλήρωση της στερεοποίησης ήταν e=1,020. Στο Σχήμα φαίνεται η διαδρομή τάσεων στο δισδιάστατο επίπεδο t-s καθώς και η ευθεία στερεοποίησης που ακολουθήθηκε. Στην αρχή γίνεται αποφόρτιση του δοκιμίου, αφού αυτό έχει στερεοποιηθεί ανισότροπα. Η ελάχιστη τιμή του εκτροπέα τάσεων είναι t=-103,1 kpa και σημειώνεται κατά την αστοχία του δοκιμίου σε μέση ενεργό τάση s =210,1 kpa. Η διαδρομή τάσεων εδώ είναι παρόμοια με τις διαδρομές τάσεων στις δοκιμές εφελκυσμού στις μελέτες του Atkinson. Σχήμα Διαδρομή ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για δοκιμή τριαξονικού εφελκυσμού στο δοκίμιο kaolin 2 Παρακάτω παρατίθενται τα διαγραμματα αποκλίνουσας τάσης (q) - αξονικής παραμόρφωσης (Σχήμα 5.4.7), μεταβολής πίεσης πόρων (du) - αξονικής [123]

129 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή παραμόρφωσης (Σχήμα 5.4.8), καθώς και τα αντίστοιχα κανονικοποιημένα διαγράμματα των δοκιμών kaolin 2 και kaolin 3. Η αξονική παραμόρφωση καταγράφεται εδώ μόνο από το εξωτερικό μηκυνσιόμετρο, καθώς οι μεγάλες παραμορφώσεις έθεσαν τα εσωτερικά εκτός λειτουργίας. Όπως αναμενόταν, κατά τον εφελκυσμό του υλικού, έχουμε μείωση της αποκλίνουσας τάσης, της μέσης ενεργού τάσης και της πίεσης του νερού των πόρων. Η παραμόρφωση του δοκιμίου μετά την αστοχία συνεχίζεται εξ ολοκλήρου κατά μήκους της επιφάνειας αστοχίας. Από το Σχήμα 5.4.7, παρατηρούμε ότι για πολύ μικρές παραμορφώσεις, της τάξης 1%, η αποκλίνουσα τάση μειώνεται απότομα. Στη συνέχεια μειώνεται με χαμηλότερο ρυθμό και τελικά σταθεροποιείται κοντά στην ελάχιστη τιμή της για παραμόρφωση 12,5%. Το επίπεδο αστοχίας φαίνεται να δημιουργείται για παραμόρφωση περίπου 14,5%-15%, οπότε ξεκινάει και η αύξηση της αποκλίνουσας τάσης. Κατά τον εφελκυσμό υπάρχει τάση για διόγωση του δοκιμίου, δημιουργούνται υποπιέσεις στους πόρους του δοκιμίου και όπως φαίνεται και στο αντίστοιχο Σχήμα η πίεση πόρων μειώνεται, αρχικά κατακόρυφα (παραμόρφωση 1%) και στη συνέχεια με μικρότερο ρυθμό, μεχρι να σταθεροποιηθεί στην ελαχιστη τιμή της. Η σταθεροποίηση προηγείται του σχηματισμού επιπέδου αστοχίας, και συμβαίνει για παραμόρφωση περίπου 11,5%. Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για τη δοκιμή τριαξονικού εφελκυσμού kaolin 2 [124]

130 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για τη δοκιμή τριαξονικού εφελκυσμού kaolin 2 Τα διαγράμματα στα Σχήματα και είναι τα κανονικοποιημένα διαγράμματα αποκλίνουσας τάσης και πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 2 δοκίμια στερεοποιημένα σε διαφορετικές ενεργές τάσεις. Παρατηρούμε ότι οι καμπύλες των διαγραμμάτων είναι παραπλήσιες, με τη διαφορά ότι η αστοχία του kaolin 3 συμβαίνει περίπου για παραμόρφωση 12,5%, δηλαδή νωρίτερα από το kaolin 2. Παρόλα αυτά, όπως βλέπουμε στο Σχήμα οι πιέσεις πόρων σταθεροποιούνται ταυτόχρονα. Σχήμα Κανονικοποιημένη αποκλίνουσα τάση σε σχέση με αξονική παραμόρφωση για 2 δοκιμές εφελκυσμού [125]

131 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Κανονικοποιημένη μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με αξονική παραμόρφωση για 2 δοκιμές εφελκυσμού [126]

132 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Επαναληψιμότητα των δοκιμών τριαξονικής θλίψης Στα παρακάτω διαγράμματα παρατίθενται τα αποτελέσματα τεσσάρων δοκιμών διάτμησης. Στις τρεις από αυτές, τα δοκίμια καολίνη στερεοποιήθηκαν με συντελεστή ουδέτερης ώθησης Κο=0,62 σε μέση ενεργό τάση s =410 kpa, και στην τέταρτη με συντελεστή ουδέτερης ώθησης Κο=0,65 σε μέση ενεργό τάση s =300 kpa. Οι αρχικές υγρασίες των δοκιμίων πριν τη στερεοποίηση αναγράφονται πάνω στα διαγράμματα και κυμαίνονται από w=42,2% έως w=45,9%. Τα παρακάτω διαγράμματα περιγράφουν τη διαδρομή τάσεων κατά τη δοκιμή διάτμησης στο δισδιάστατο επίπεδο t-s (Σχήμα ), καθώς και την κανονικοποιημένη διαδρομή ως προς την ενεργό τάση στερεοποίησης s e (Σχήμα ). Η διαφορά στον συντελεστή ουδέτερης ώθησης φαίνεται στο κανονικοποιημένο διάγραμμα του Σχήματος , καθώς η αφετηρία της καμπύλης για το δοκίμιο kaolin 7 βρίσκεται χαμηλότερα από τα άλλα δοκίμια, όπως είναι αναμενόμενο. Στο δεύτερο όμως κανονικοποιημένο διάγραμμα στο Σχήμα , φαίνεται ότι οι καμπύλες συντρέχουν και για τα 4 δοκίμια. Παρατηρείται μείωση της μέσης ενεργού τάσης (s ) καθ όλη τη διάρκεια της διάτμησης, με την αποκλίνουσα τάση αρχικά να αυξάνεται απότομα, και στη συνέχεια με μικρότερη κλίση, μέχρι την αστοχία του δοκιμίου. Η τάση για συμπύκνωση των δοκιμίων είναι χαρακτηριστικό της αργιλικής φύσης του καολινίτη. Οι μικρές διαφορές στην υγρασία δεν φαίνεται να επηρεάζουν την συμπεριφορά των δοκιμίων. Σχήμα Διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για 4 δοκιμές [127]

133 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Κανονικοποιημένες διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t/s e s /s e για 4 δοκιμές Σχήμα Επαναληψιμότητα κανονικοποιημένων διαδρομών ενεργών τάσεων για 4 δοκιμές [128]

134 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σε όλες τις δοκιμές εμποδιζόμενης στράγγισης, όπως φαίνεται και στα Σχήματα και , η απολίνουσα τάση αυξάνεται κατακόρυφα για πολύ μικρές παραμορφώσεις. Στη συνέχεια η κλίση μειώνεται σημαντικά μέχρι η αποκλίνουσα τάση q να φτάσει τη μέγιστη τιμή της. Ακολουθεί παραμόρφωση των δοκιμίων υπό σταθερή κατακόρυφη τάση, μέχρι την αστοχία, μετά την οποία η τάση μειώνεται απότομα. Η διατμητική αντοχή φαίνεται να μειώνεται και στα τέσσερα δοκίμια για παραμόρφωση 5%-5,5%, το οποίο υποδηλώνει ότι η επιφάνεια αστοχίας δημιουργείται μέσα σε αυτό το διάστημα. Παρατηρούμε επίσης πως για ένα μεγάλο εύρος παραμορφώσεων η αποκλίνουσα τάση μένει σταθερή στη μέγιστη τιμή της. Πιο συγκεκριμένα, η αποκλίνουσα τάση αυξάνεται κατακόρυφα για πολύ μικρες παραμορφώσεις της τάξης <0,3% και έπειτα σταθεροποιείται μέχρι και την αστοχία (5%-5,5%). Αυτή τη συμπεριφορά δηλώνει ότι όλα τα δοκίμια έφτασαν στην κρίσιμη κατάσταση. Τα διαγράμματα των Σχήμάτων και , όπως και οι διαδρομές τάσεων στα προηγούμενα διαγράμματα, δείχνουν την τάση για συστολή του υλικού κατά την τριαξονική θλίψη. Η πίεση πόρων αυξάνεται απότομα σε όλα τα δοκίμια για πολύ μικρές παραμορφώσεις (<1%) και στη συνέχεια η κλίση της καμπύλης μειώνεται. Στα τρία από τα δοκίμια η πίεση πόρων σταθεροποιείται στη μέγιστη τιμή της για παραμόρφωση 5% ενώ στο δοκίμιο kaolin 12 σταθεροποιείται για λίγο μικρότερη παραμόρφωση (4%-4,5%). Παρόμοια συμπεριφορά, δηλαδή σταθερή αποκλίνουσα τάση από πολύ μικρή παραμόρφωση, παραπλήσια μεταβολή πίεσης πόρων και αστοχία σε μικρές παραμορφώσεις συναντάμε στη δοκιμή του Burland. Αντίθετα, στις δοκιμές των Atkinson και Stipho το επίπεδο αστοχίας δημιουργήθηκε σε παραμορφωσεις 10% και 15%-20% αντιστοιχα. Οι διαφορές αυτές οφείλονται στον διαφορετικό τύπο καολινίτη που χρησιμοποιήθηκε. Συγκεκριμένα ο καολινίτης που χρησιμποποιήθηκε στις δοκιμές μας έχει πολύ μικρότερο δείκτη πλαστιμότητας (PI=12) σε σχέση με τον Speswhite (PI=30). Έτσι οι μικρότερες παραμορφώσεις στις δοκιμές μας αποδίδονται στον πολύ μικρότερο δείκτη πλαστιμότητας. Μία διαφορά σε σχέση με τη δοκιμή του Burland είναι το σημείο κρίσιμης κατάστασης πάνω στις διαδρομές τάσεων. Όπως αναφέρθηκε και προηγουμένως, η κρίσιμη κατάσταση στις δοκιμές μας συβαίνει όταν το δοκίμιο φτάσει τη μέγιστη διατμητική αντοχή του. Αντίθετα στη δοκιμή του Burland, η κρίσιμη κατάσταση συμβαίνει μετά τη μέγιστη διατμητική αντοχή του δοκιμίου. [129]

135 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 4 δοκιμές Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 4 δοκιμές [130]

136 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή κανονικοποιημένης αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 4 δοκιμές Σχήμα Μεταβολή κανονικοποιημένης πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 4 δοκιμές [131]

137 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Στα παρακάτω διαγράμματα του Σχήματος χρησιμοποιούνται οι καταγραφές των μηκυνσιομέτρων για τον ακριβέστερο προσδιορισμό της παραμόρφωσης κατά την οποία δημιουργείται το επίπεδο αστοχίας. Παρατηρούμε ότι στο δοκίμιο kaolin 11 η μείωση της αποκλίνουσας τάσης q μετά την αστοχία γίνεται πιο αργά από τις υπόλοιπες δοκιμές. Αυτό φαίνεται και από τη μεταβολή του ρυθμού παραμόρφωσης. Συμπεραίνουμε πως στο δοκίμιο kaolin 11 η επιφάνεια αστοχίας δημιουργήθηκε με πιο αργό ρυθμό σε σχέση με τις υπόλοιπες δοκιμές. Στα άλλα τρία δοκίμια, τα δεδομένα από τα μηκυνσιόμετρα επαληθεύουν τη μεταβολή της αποκλίνουσας τάσης για τη δημιουργία τις επιφάνειας αστοχίας. Παρατηρείται ακόμα ότι απότομη πτώση της q ακολουθείται και από απότομη αλλαγή στο ρυθμό μεταβολής της παραμόρφωσης. kaolin 7 0, , ,1 0, ,06 60 q 40 internal 1 (mm/h) 0,04 internal 2 (mm/h) 20 0,02 external (mm/h) αξονική παραμόρφωση (%) 9 10 (a) (b) kaolin 14 0,1 q (kpa) 200 0, ,06 q 100 0,04 internal 1 (mm/h) 50 internal 2 (mm/h) 0,02 0,12 0, , , q ,02 internal 2 (mm/h) external (mm/h) ,04 internal 1 (mm/h) external (mm/h) 0 0, q (kpa) 0, kaolin ,14 ρυθμός παραμόρφωσης (mm/h) ρυθμός παραμόρφωσης (mm/h) q (kpa) 120 ρυθμός παραμόρφωσης (mm/h) αξονική παραμόρφωση (%) αξονική παραμόρφωση (%) (c) (d) Σχήμα Συμπεριφορά κατά το σχηματισμό επιφάνειας αστοχίας: ρυθμοί μεταβολής της αξονικής παραμόρφωσης και μεταβολή αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για τa δοκίμιa (a) kaolin 7, (b) kaolin 11, (c) kaolin 14, (d) kaolin 12 [132]

138 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Στο Σχήμα φαινεται μία δεύτερη ομαδοποίηση δοκιμών τριαξονικής θλίψης. Στο διάγραμμα φαίνονται οι διαδρομές τάσεων για πέντε δοκίμια που στερεοποιήθηκαν σε διαφορετικές ενεργές τάσεις. Όταν οι διαδρομές τάσεων κανονικοποιηθούν ως προς την μέση ενεργό τάση s e, συντρέχουν στο επίπεδο t/s es/s e, παρουσιάζοντας όμως μία μικρή διασπορά (Σχήμα ), σε σχέση με τα αντίστοιχα κανονικοποιημένα διαγράμματα του Atkinson. Οι μικρές διαφορές στα ποσοστά υγρασίας δεν φαίνεται ούτε εδώ να επηρεάζουν τη συμπεριφορά των δοκιμίων. Υπενθυμίζουμε ότι τα αναγραφόμενα ποσοστά υγρασίας αναφέρονται στην κατάσταση των δοκιμίων πριν τη στερεοποίηση στην τριαξονική συσκευή. Σε σύγκριση με τις παραπάνω δοκιμές, οι διαδρομές τάσεων εδώ έχουν μεγαλύτερες κλίσεις. Επιπλέον όπως φαίνεται και στα Σχήματα και αποκλίνουσας τάσης-παραμόρφωσης, η πτώση της αποκλίνουσας τάσης και η δημιουργία επιφάνειας αστοχίας συμβαίνουν για παραμορφώσεις της τάξης 6%-6,5%, δηλαδή λίγο μεγαλύτερες σε σχέση με τις προηγούμενες δοκιμές. Όσον αφορά στα Σχήματα και , είναι εμφανείς οι διαφορετικές τάσεις στερεοποίησης των δοκιμίων, με τα στερεοποιημένα σε μεγαλύτερες τάσεις δοκίμια να αναπτύσσουν υψηλότερες διατμητικές αντοχές και πιέσεις πόρων. Ωστόσο όταν οι τιμές κανονικοποιηθούν οι καμπύλες συντρέχουν μεταξύ τους όπως φαίνεται στα Σχήματα και Η απόκλιση των δοκιμίων kaolin 16 και kaolin 17 που παρατηρείται στo κανονικοποιημένο διάγραμμα πίεσης πόρων οφείλεται σε διαφορές στο συντελεστή Κο κατά τη στερεοποίηση όπως θα δούμε και παρακάτω. Σχήμα Διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για 5 δοκίμια στερεοποιημένα σε διαφορετικές μέσες ενεργές τάσεις [133]

139 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Κανονικοποιημένες διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για 5 δοκίμια στερεοποιημένα σε διαφορετικές μέσες ενεργές τάσεις Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης q σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 5 δοκίμια στερεοποιημένα σε διαφορετικές μέσες ενεργές τάσεις [134]

140 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 5 δοκίμια στερεοποιημένα σε διαφορετικές μέσες ενεργές τάσεις Σχήμα Μεταβολή κανονικοποιημένης αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 5 δοκίμια στερεοποιημένα σε διαφορετικές μέσες ενεργές τάσεις [135]

141 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή κανονικοποιημένης πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για 5 δοκίμια στερεοποιημένα σε διαφορετικές μέσες ενεργές τάσεις Μία πιθανή αιτία που διαφοροποιεί τις διαδρομές τάσεων των πέντε αυτών δοκιμών σε σχέση με τις προηγούμενες του Σχήματος είναι ο βαθμός ανισοτροπίας των δοκιμίων. Οι τρείς από τις τέσσερις δοκιμές του Σχήματος στερεοποιήθηκαν με Κο=0,62, ενώ οι τέσσερις από τις 5 δοκιμές του Σχήματος στερεοποιήθηκαν με Κο=0,65. [136]

142 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Επίδραση του συντελεστή Κ=σ 3/σ 1 κατά τη στερεοποίηση, στις δοκιμές τριαξονικής θλίψης Παρακάτω παρατίθενται τα αποτελέσματα από τρεις δοκιμές σε δοκίμια που στερεοποιήθηκαν με διαφορετικούς συντελεστές Κ=σ 3/σ 1. Συγκεκριμένα το δοκίμιο kaolin 7 στερεοποιήθηκε σε μέση ενεργό τάση s =300 kpa με συντελεστή Κ=0,65, το δοκίμιο kaolin 12 στα 410 kpa με Κ=0,62 και το δοκίμιο kaolin 8 στα 440 kpa με K=0,55. Όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής τάσεων Κ, τόσο μικρότερος είναι και ο λόγος των πλευρικών προς τις κατακόρυφες φορτίσεις κατά τη στερεοποίηση, και επομένως τόσο πιο ψηλά στο επίπεδο t-s βρίσκεται η αφετηρία της τριαξονικής θλίψης. Παρατηρούμε ότι, στο επίπεδο t-s (Σχήμα ), και πιο έντονα στο κανονικοποιημένο επίπεδο t/s e-s /s e (Σχήμα ), οι διαδρομές τάσεων είναι μικρότερες για τα δοκίμια που στερεοποιήθηκαν με μικρότερους συντελεστές Κ. Αυτό είναι αναμενόμενο, καθώς τα δοκίμια που στερεοποιήθηκαν με μικρότερο συντελεστή Κ είναι πιο κοντά στην ευθεία κρίσιμης κατάστασης και έτσι αστοχούν πιο γρήγορα. Οι διαφορές στις διαδρομές τάσεων φαίνονται και στις δοκιμές του Stipho με διαφορετικούς βαθμούς ανισοτροπίας. Η πιο γρήγορη αστοχία των δοκιμίων που στερεοποιήθηκαν με μικρότερο Κο φαίνεται και στα διαγράμματα αποκλίνουσας τάσης-αξονικής παραμόρφωσης των Σχήμάτων και Καθώς αυξάνεται η ανισοτροπία (μειώνεται ο συντελεστής Κ), η αποκλίνουσα τάση ξεκινάει πτωτική πορεία σε μικρότερες παραμορφώσεις. Συγκεκριμένα για το δοκίμιο kaolin 8 (k=0,55) η αποκλίνουσα τάση αρχίζει να μειώνεται σε παραμόρφωση περίπου 3%-3,5%, για το δοκίμιο kaolin 12 (k=0,62) σε παραμόρφωση 3,5%-4% και για το δοκίμιο kaolin 7 (k=0,65) για παραμόρφωση 5%- 5,5%. Αυτό φαίνεται καλύτερα στο κανονικοποιημένο διάγραμμα στο Σχήμα όπου η αποκλίνουσα τάση κανονικοποιείται ως προς τις διαφορετικές μέσες ενεργές τάσεις. Η επίδραση του συντελεστή στερεοποίησης φαίνεται και στη μεταβολή των πιέσεων του νερού των πόρων. Η επίδραση αυτή δεν γίνεται αντιληπτή στο διάγραμμα του Σχήματος , καθώς οι διαφορετικές τάσεις στερεοποίησης παίζουν πιο ενεργό ρόλο στη μεταβολή των πιέσεων πόρων. Όταν όμως οι πιέσεις πόρων κανονικοποιηθούν ώς προς την μέση ενεργό τάση στο διάγραμμα του Σχήματος , παρατηρούμε ότι, όσο μειώνεται ο συντελεστής Κ κατά την στερεοποίηση, τόσο μικρότερες πιέσεις πόρων αναπτύσονται κατά την τριαξονική θλίψη υπό αστράγγιστες συνθήκες. Την ίδια συμπεριφορά ως προς τη μεταβολή της πίεσης του νερού των πόρων κατά την τριαξονική θλίψη, για διαφορετικούς συντελεστές Κ κατά την στερεοποίηση, παρατήρησε στις μελέτες του ο Stipho. [137]

143 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για δοκίμια στερεοποιημένα με διαφορετικούς συντελεστές Κ Σχήμα Διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για δοκίμια στερεοποιημένα με διαφορετικούς συντελεστές Κ [138]

144 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για δοκίμια στερεοποιημένα με διαφορετικούς συντελεστές Κ Σχήμα Μεταβολή κανονικοποιημένης αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για δοκίμια στερεοποιημένα με διαφορετικούς συντελεστές Κ [139]

145 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για δοκίμια στερεοποιημένα με διαφορετικούς συντελεστές Κ Σχήμα Μεταβολή κανονικοποιημένης πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για δοκίμια στερεοποιημένα με διαφορετικούς συντελεστές Κ [140]

146 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Στο Σχήμα φαίνονται οι μέγιστες κανονικοποιημένες πιέσεις πόρων που αναπτύχθηκαν στις τρεις παραπάνω δοκιμές, για κάθε συντελεστή στερεοποίησης Κ. Σχήμα Μέγιστες κανονικοποιημένες πιέσεις πόρων ανάλογα με το συντελεστή Κ [141]

147 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Συμπεριφορά πυκνότερων δοκιμίων κατά την τριαξονική θλίψη υπό αστράγγιστες συνθήκες Παρακάτω παρατίθενται τα αποτελέσματα από τις τριαξονικές δοκιμές των kaolin 18 και kaolin 19, τα οποία στερεοποιήθηκαν σε μέσες ενεργές τάσεις 250 kpa και 350 kpa και είχαν ποσοστά υγρασίας w=40,3% και w=40,1% στο τέλος της στερεοποίησης αντίστοιχα. Η διαφορά τους σε σχέση με τα άλλα δοκίμια είναι η διαδικασία στερεοποίησης τους στο μεγάλο συμπιεσόμετρο. Αρχικά στερεοποιήθηκαν στα 200 kpa όπως και όλα τα άλλα δείγματα, μετά ομως αποφορτίστηκαν στα 80 kpa και έμειναν εκεί για μεγάλο χρονικό διάστημα, ενώ παράλληλα μειώθηκε η υγρασία τους. Όταν όμως τα τοποθετήσαμε πάνω στη τριαξονική συσκευή και έγινε έλεγχος της παραμέτρου Β,διαπιστώσαμε ότι παρέμειναν κορεσμένα. Η παρατεταμένη φόρτιση σε συνδυασμό με την μείωση της υγρασίας είχαν σαν αποτέλεσμα τα δοκίμια να γίνουν πυκνότερα. Έτσι, όπως φαίνεται και από την ευθεία στερεοποίησης στο Σχήμα , τα δοκίμια kaolin 18 και 19 βρίσκονται κάτω από την ευθεία, δηλαδή είναι πιο πυκνα. Συγκεκριμένα οι τάσεις s e υπολογίστηκαν 384 kpa και 448 kpa για τα kaolin 18 και 19 αντίστοιχα. Οι διαδρομές τάσεων για τα πιο πυκνά δοκίμια διαφέρουν από τις προηγούμενες καθώς είναι πιο απότομες και πριν την αστοχία παρατηρείται μία τάση για διαστολικότητα των δοκιμίων. Παρατηρούμε, δηλαδή, ότι τα δοκίμια ακολουθούν διαδρομές τάσεων ελαφρώς υπερστερεοποιμένων δοκιμίων. Στο Σχήμα παρατίθενται η ευθεία μονοδιάστατης στερεοποίησης στο επίπεδο ν-p, όπως προέκυψε από το σύνολο των δοκιμών συμπιεσομέτρου στο Κεφάλαιο 4.3, και οι θέσεις των δοκιμίων kaolin 18 και 19 στο επίπεδο αυτό μετά τη στερεοποίησή τους στην τριαξονική συσκευή. Επίσης παρατίθενται για συγκριση και οι θέσεις των υπολοίπων δοκιμίων στο τέλος της στερεοποίησης τους στην τριαξονική συσκευή. Σχήμα Θέση των δοκιμίων kaolin 18 και kaolin 19 στο επίπεδο v-p σε σχέση με την ευθεία στερεοποίησης [142]

148 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Το Σχήμα δείχνει τις διαδρομές τάσεων για τα δύο πυκνά δοκίμια στο επίπεδο t-s και το Σχήμα τις κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων. Η κανονικοποίηση έγινε ως προς την μέση ενεργό τάση s e, δηλαδή την ισοδύναμη τάση που αντιστοιχεί στο δείκτη πόρων που είχε αρχικά το δοκίμιο, μετά τη στερεοποίηση, στην καμπύλη συμπίεσης του αναζυμωμένου υλικού. Ο δείκτης πόρων των kaolin 18 και 19 αντιστοιχούσε σε υψηλότερη τάση στερεοποίησης, και έτσι οι κανονικοποιημένες καμπύλες βρίσκονται πιο αριστερά από τα υπόλοιπα δοκίμια στο Σχήμα Σχήμα Διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για πυκνά δοκίμια Σχήμα Κανονικοποιημένες διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s για πυκνά δοκίμια [143]

149 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Από τα Σχήματα και παρατηρούμε ότι η αστοχία συμβαίνει και για τα δύο δοκίμια για παραμόρφωση περίπου 6%-6,5% με το kaolin 19 να προηγείται λίγο από το kaolin 18. Μετά την αστοχία η αντοχή των δοκιμίων πέφτει κατακόρυφα. Στο Σχήμα παρατίθεται για σύγκιση και η κανονικοποιημένη μεταβολή τάσης για το δοκίμιο kaolin 14. Είναι εμφανής, αφενός η μεγαλύτερη μεταβολή της αποκλίνουσας τάσης στα πυκνότερα δοκίμια και αφετέρου η αστοχία σε μεγαλύτερη τιμή παραμόρφωσης. Σχήμα Μεταβολή αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για πυκνά δοκίμια Σχήμα Μεταβολή κανονικοποιημένης αποκλίνουσας τάσης σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για πυκνά δοκίμια και σύγκιση με το δοκίμιο kaolin 14 [144]

150 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Από τα Σχήματα και φαίνεται πως η πίεση πόρων αυξάνεται ραγδαία για πολύ μικρές παραμορφώσεις και φτάνει τη μέγιστη τιμή της για παραμόρφωση περίπου 3% και για τα δύο δοκίμια, δηλαδή αρκετά πριν την αστοχία τους και αρκετά πριν την σταθεροποίηση της αποκλίνουσας τάσης. Επίσης, στο δοκίμιο kaolin 18 παρατηρούμε μία μικρή μείωση της πίεσης πόρων όταν αυτή φτάσει στη μέγιστη τιμή της. Αυτή τη συμπεριφορά τη συναντάμε στα ελαφρώς υπερστερεοποιημένα δοκίμια. Ενδιαφέρον έχει ακόμα ότι, όπως μπορούμε να δούμε από τα διαγράμματα των δοκιμίων με μεγαλύτερα ποσοστά υγρασίας, η σταθεροποίηση της αποκλίνουσας τάσης προηγείται της σταθεροποίησης της πίεσης πόρων, ενώ στα Σχήματα και φαίνεται να συμβαίνει το αντίθετο. Στο Σχήμα παρατίθεται για σύγκιση η κανονικοποιημένη πίεση πόρων του δοκιμίου kaolin 14. Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για πυκνά δοκίμια Σχήμα Μεταβολή πίεσης πόρων σε σχέση με την αξονική παραμόρφωση για πυκνά δοκίμια και συγκριση με kaolin 14 [145]

151 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Προσδιορισμός γωνίας κρίσιμης κατάστασης φcr για τριαξονική θλίψη και εφελκυσμό Οι εξισώσεις που περιγράφουν την κρίσιμη κατάσταση όπως αναφέρθηκε σε προηγούμενο κεφάλαιο είναι: q =Mcp και q =Mep ν=γc-λc lnp και ν=γe-λe lnp όπου Μ, Γ και λ είναι οι παράμετροι του εδάφους και οι δείκτες c και e αναφέρονται σε συμπίεση και εφελκυσμό αντίστοιχα. Στα παρακάτω διαγράμματα φαίνονται οι απεικονίσεις των ευθειών αυτών στα επίπεδα t-s, q-p και v-lnp όπως προέκυψαν από τα πειραματικά δεδομένα. Οι παράμετροι κρίσιμης κατάστασης υπολογίζονται Μc=0,79 και Me= 0,86, οι οποίες αντιστοιχούν σε γωνίες κρίσιμης κατάστασης φ c=20,52 o και φ e=29,93 o αντίστοιχα. Επιπλέον από την ευθεία κρίσιμης κατάστασης στο επίπεδο ν-lnp υπολογίζουμε Γc=Γe=2,90 και λc=λe=0,16. Παρατηρούμε ότι οι ευθείες κρίσιμης κατάστασης δεν είναι συμμετρικές ως προς τον άξονα p, όπως συνέβη και με τις δοκιμές των Atkinson et al, ούτε συμμετρικές ως προς τον άξονα s όπως έπρεπε να συμβεί σύμφωνα με τη βιβλιογραφία. Ωστόσο οι τιμές των παραμέτρων κρίσιμης κατάστασης είναι παραπλήσιες με αυτές των Atkinson et al και υπάρχει συμφωνία στο ότι στις ανισότροπα στερεοποιημένες δοκιμές η γωνία τριβής για τον εφελκυσμό προκύπτει μεγαλύτερη από τη γωνία τριβής για τη θλίψη. Οι αντίστοιχες τιμές των Atkinson et al ήταν φ c=22 o, φ e=29 o, Γc=Γe=3,14 και λc=λe=0,19. Οι διαφορές αυτές μπορεί να οφείλονται στο διαφορετικό τύπο καολινίτη που χρησημοποιήθηκε. Ο Speswhite καολίνης έχει διαφορετικά όρια υδαρότητας και πλαστιμότητας, και κυρίως πολύ μεγαλύτερο δείκτη πλαστιμότητας από αυτόν που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη διπλωματική. Αυτό φάνηκε και στις πολύ μικρότερες παραμορφώσεις κατά τη συμπίεση του καολινίτη που χρησιμοποιήθηκε σε αυτή τη διπλωματική σε σχέση με τη βιβλιογραφία. Σχήμα Ευθεία κρίσιμης κατάστασης στο επίπεδο ν-lnp [146]

152 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο t-s και κρίσιμες γωνίες τριβής για τριαξονική θλίψη και εφελκυσμό Σχήμα Διαδρομές ενεργών τάσεων στο επίπεδο q-p και ευθείες κρίσιμης κατάστασης για τριαξονική θλίψη και εφελκυσμό [147]

153 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Σχήμα Σημεία αστοχίας t peak στο επίπεδο t-s για όλες τις δοκιμές Σχήμα Σημεία αστοχίας q peak στο επίπεδο q-p για όλες τις δοκιμές [148]

154 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Είναι ενδιαφέρον το γεγονός ότι, κατά τις δοκιμές τριαξονικής θλίψης, τα δοκίμια αστόχησαν πολύ κοντά στην ευθεία κρίσιμης κατάστασης ανεξάρτητα από την διαδρομή τάσεων που ακολουθήθηκε. Δηλαδή διαφορές στην υγρασία, στην ομοιογένεια του υλικού, στην αρχική τάση στερεοποίησης και άλλοι παράγοντες που μπορεί να επηρεάζουν την διαδρομή τάσεων και την τάση για συστολή ή διαστολή του δοκιμίου κατά την αστράγγιστη συμπίεση, δεν επηρέασαν τη μέγιστη διατμητική αντοχή του. Στο Σχήμα φαίνονται οι κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων για δοκιμές τριαξονικής θλίψης και εφελκυσμού. Παρατηρούμε ότι υπάρχει κάποια διασπορά των αποτελεσμάτων και στη θλίψη και τον εφελκυσμό, ωστόσο φαίνεται να σχηματίζεται μία επιφάνεια Roscoe για ανισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια. Σχήμα Κανονικοποιημένες διαδρομές τάσεων για δοκιμές τριαξονικής θλίψης και εφελκυσμού σε ανισότροπα στερεοποιημένα δοκίμια [149]

155 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Στο Σχήμα φαίνεται η περιβάλλουσα αστοχίας Hvorslev, όπως αυτη προκύπτει από τα δύο πιο πυκνά δοκίμια kaolin 18 kai kaolin 19. Στο διάγραμμα φαίνεται ακόμα η ευθεία κρίσιμης κατάστασης που προβάλεται στο επίπεδο t/s e-s/s e ως σημείο. Από την εξίσωση Hvorslev: t/ s e = κ* + (s / s e) tanφ*e και το παρακάτω διάγραμμα υπολογίζονται οι σταθερές φ*e=16,1 ο και κ=0,06. Σχήμα Περιβάλλουσα αστοχίας του Hvorslev Σε όλα τα δοκίμια, κατά την αστοχία τους, σχηματίστηκαν ευδιάκριτα επίπεδα αστοχίας. Το πάχος των επιπέδων αστοχίας ήταν μικρό και τα δοκίμια δεν εμφάνισαν ιδιαίτερο φούσκωμα. Η κλίση του επιπέδου αστοχίας υπολογίστηκε περίπου στις 55 ο. Στην εικόνα παρουσιάζονται ενδεικτικά δύο δοκίμια καολίνη μετά από αστοχία σε τριαξονική θλίψη. [150]

156 Δοκιμές στην τριαξονική συσκευή Εικόνα Επίπεδο αστοχίας κατά την τριαξονική θλίψη σε δύο δοκίμια καολίνη Στον πίνακα συγκεντρώνονται οι σταθερές μονοδιάστατης στερεοποίησης και κρίσιμης κατάστασης για τον αναζυμωμένο καολινίτη, όπως προέκυψαν από τις δοκιμές της παρούσας διπλωματικής εργασίας. N o λ ο φ' c φ' e M c M e Γ λ φ' e (Hvorslev) κ (t/s' e ) peak 0,93 0,16 20,52 ο 29,93 ο 0,79 0,85 2,90 0,16 16,1 ο 0,06 0,32 Πίνακας σταθερές μονοδιάστατης συμπίεσης και κρίσιμης κατάστασης για αναζυμωμένο καολινίτη [151]